從早期概念開(kāi)始，5G 旨在實(shí)現(xiàn)三大類用例：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶 (eMBB)、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署和關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用。用單一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持所有三個(gè)用例的最大挑戰(zhàn)是每個(gè)用例要求的不同且經(jīng)常相互沖突的要求。

設(shè)計(jì)用于支持 eMBB 的網(wǎng)絡(luò)需要針對(duì)高速、中低延遲和有利可圖的高效利用容量進(jìn)行優(yōu)化。另一方面，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)需要低成本、窄帶寬、低控制平面開(kāi)銷和高可靠性，而關(guān)鍵任務(wù)網(wǎng)絡(luò)則需要高速、低延遲和非常高的可靠性。

5G 第 1 階段（第 15 版）主要關(guān)注 eMBB，但隨著第 2 階段（第 16 版）的最近完成，針對(duì)后兩個(gè)市場(chǎng)的功能現(xiàn)在也已添加到標(biāo)準(zhǔn)中。因此，該行業(yè)現(xiàn)在已準(zhǔn)備好開(kāi)始兌現(xiàn)完整的 5G 承諾。

前幾代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)主要側(cè)重于速度和延遲的改進(jìn)，而 5G 在沿著這些方向改進(jìn)的同時(shí)，增加了第三個(gè)增強(qiáng)維度：適應(yīng)性。前幾代在信道大小、功率控制和頻段互操作性方面確實(shí)有一些有限的適應(yīng)性。然而，就像 5G 在速度和延遲方面引入了數(shù)量級(jí)的改進(jìn)一樣，它也是為了適應(yīng)能力。這是支持如此廣泛的需求差異的關(guān)鍵，并使 5G 基本上可以使用最好的工具來(lái)完成這項(xiàng)工作。

在 Release 15 和 16 之間，5G 引入了幾項(xiàng)功能，使其成為真正的進(jìn)化和代際飛躍。例如，5G 新無(wú)線電 (5G NR) 不僅能夠支持低頻段（低于 1 GHz）和中頻段（1 至 6 GHz）頻率，而且還具有更大、更快的帶寬和信道尺寸在毫米波 (mmWave) 頻譜（高頻段）中，同時(shí)利用傳統(tǒng)的 4G 基礎(chǔ)設(shè)施。

從表面上看，這似乎是一個(gè)相對(duì)微不足道的變化，增加了一個(gè)新的射頻前端來(lái)支持這些頻段。但是，了解不同的信道結(jié)構(gòu)和控制平面要求以支持具有相同架構(gòu)的如此廣泛的頻譜和用例，很明顯 RF 頻段支持只是問(wèn)題的一部分。

支持信道適應(yīng)性的其他 5G 框架特性，因?yàn)樗c帶寬、有效負(fù)載和用例有關(guān)，包括但不限于可擴(kuò)展傳輸時(shí)間間隔 (TTI)、可擴(kuò)展的子載波間隔和可變信道訪問(wèn)方法論。在前幾代中，TTI 是固定的時(shí)間間隔。借助可擴(kuò)展的 TTI，5G 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在能夠利用較短的 TTI 來(lái)優(yōu)化低延遲和高可靠性，而使用較長(zhǎng)的 TTI 來(lái)優(yōu)化頻譜效率。

可擴(kuò)展的數(shù)字和子載波間隔有效地幫助解決不同頻段可用的不同信道帶寬（尤其是包含高頻段信道寬度），這對(duì)于宏/微混合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)至關(guān)重要、室外/室內(nèi)和低/中/高頻段覆蓋。

可變通道訪問(wèn)是指設(shè)備如何從網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求和利用通道資源。在正常的移動(dòng)寬帶操作中，移動(dòng)設(shè)備通過(guò)控制信道向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出握手請(qǐng)求來(lái)啟動(dòng)信道訪問(wèn)。然后，該請(qǐng)求由網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)并進(jìn)行身份驗(yàn)證，以確保訂戶實(shí)際上有權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)資源。

認(rèn)證后，移動(dòng)設(shè)備被分配一個(gè)業(yè)務(wù)信道資源，該資源通過(guò)第 3 層消息進(jìn)行通信。一旦獲得業(yè)務(wù)信道，設(shè)備將需要保持同步操作并僅在特定時(shí)間傳輸。但是，鑒于所涉及的延遲，這種類型的通道訪問(wèn)在物聯(lián)網(wǎng)或大多數(shù)關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序中不可行。

因此，5G 現(xiàn)在允許無(wú)授權(quán)上行鏈路傳輸以及穿孔。免授權(quán)傳輸消除了資源請(qǐng)求的開(kāi)銷信令，并允許設(shè)備在沒(méi)有前面描述的握手的情況下接收信道資源。一旦獲取了業(yè)務(wù)信道，打孔允許數(shù)據(jù)與信道框架設(shè)計(jì)異步傳輸，確保其他用戶流量能夠承受干擾并維持有效載荷的完整性。

5G 需要一個(gè)靈活的框架來(lái)支持各種部署和要求，同時(shí)為未來(lái)的用例和功能提供前向兼容性。（圖片：高通）

這些 5G NR 功能不僅允許 5G 網(wǎng)絡(luò)支持各種頻段和用例，而且還可以在它們之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫互操作。鑒于上述移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商正在部署的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這在不久的將來(lái)的 5G 網(wǎng)絡(luò)中至關(guān)重要。為了最好地滿足用戶的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)要求，這些架構(gòu)提供的各種覆蓋層是必不可少的。

在任何一個(gè)位置，網(wǎng)絡(luò)可能需要支持需要所有三個(gè)頻段和/或用例的應(yīng)用程序。想象這樣一個(gè)場(chǎng)景不需要想象力的大飛躍，咖啡館的一個(gè)用戶正在通過(guò)實(shí)時(shí)視頻聊天進(jìn)行在線游戲，另一個(gè)用戶正在訪問(wèn)他們的企業(yè)云環(huán)境，而他們的嵌入式血糖儀正在發(fā)送更新到一個(gè)在線醫(yī)療服務(wù)，而拐角處的紅綠燈正在向三到四個(gè)街區(qū)外的車輛提供非視線傳感器信息的蜂窩車輛到基礎(chǔ)設(shè)施更新。所有這些不同的工作負(fù)載都需要不同的帶寬、延遲和可靠性向量。

這些用例中的每一個(gè)都可能由不同的頻段和/或信道配置提供最佳服務(wù)，以根據(jù)需要優(yōu)化性能、容量和可靠性。這部分是由于駐留在無(wú)線電頻譜的某些部分中的信道的特性。例如，高頻段信道由于其寬信道尺寸和高頻率，最適合提供高吞吐量和低延遲。然而，考慮到短波長(zhǎng)不能很好地穿透墻壁并且需要更多的能量來(lái)傳播很遠(yuǎn)的距離，因此需要權(quán)衡的是較低的傳播范圍。

相比之下，低波段由于其較長(zhǎng)的波長(zhǎng)而提供了較大的面積足跡，但具有較少的峰值和持續(xù)吞吐量。中頻帶位于中間的某個(gè)位置，可以根據(jù)需要提供兩個(gè)世界的平衡。

什么是殺手級(jí)應(yīng)用？每當(dāng)行業(yè)推出新一代產(chǎn)品時(shí)，新功能的殺手級(jí)應(yīng)用程序可能是什么問(wèn)題都不會(huì)落后。通常答案是“我們還不知道”，或者它將使現(xiàn)有的東西變得更好，并使曾經(jīng)幾乎不可行的東西變得更加可行。有時(shí)，爭(zhēng)論是增強(qiáng)的能力將刺激我們尚未考慮的解決方案的創(chuàng)新。

然而，在 5G 的情況下，TIRIAS Research認(rèn)為，鑒于上面已經(jīng)討論過(guò)的內(nèi)容，實(shí)際上可能已經(jīng)有一個(gè) 5G 殺手級(jí)應(yīng)用程序，它將所有新功能整合在一起，幫助解決日益相關(guān)的問(wèn)題。問(wèn)題 - 即，由于 Covid-19 需要增加遠(yuǎn)程交互。TIRIAS Research 將這款潛在的殺手級(jí)應(yīng)用稱為“閉環(huán) xR”。

雖然大多數(shù)行業(yè)都在考慮擴(kuò)展現(xiàn)實(shí) (XR)，但這樣做的主要目的是在本地或遠(yuǎn)程環(huán)境中接收增強(qiáng)、虛擬或混合現(xiàn)實(shí)信息。這種單向信息流本質(zhì)上是開(kāi)環(huán) xR。

然而，TIRIAS Research 擴(kuò)展了這一想法，獲取該信息并對(duì)其應(yīng)用智能（人工或其他），用于在獲取原始信息的本地/遠(yuǎn)程環(huán)境中啟動(dòng)物理響應(yīng)，從而關(guān)閉循環(huán)（例如, 閉環(huán) xR)。這種類型的應(yīng)用程序在解決增加遠(yuǎn)程交互的需求的同時(shí)，只有利用關(guān)鍵的 5G 功能才能實(shí)現(xiàn)。其中包括千兆吞吐量、低于 10 毫秒的延遲和低、中、高頻段的 5G 可用性，以及在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上支持 eMBB、物聯(lián)網(wǎng)和關(guān)鍵任務(wù)設(shè)備。

具有諷刺意味的是，雖然這個(gè)應(yīng)用程序已經(jīng)在考慮之中，但它已經(jīng)被導(dǎo)致整個(gè)世界減速的大流行加速并提升為潛在的殺手級(jí)應(yīng)用程序狀態(tài)。由于 Covid-19 帶來(lái)了對(duì)遠(yuǎn)程交互的需求增加，這款潛在的殺手級(jí)應(yīng)用雖然以前很不錯(cuò)，但現(xiàn)在已成為必備品。

準(zhǔn)備就緒隨著第一階段的商用和第二階段的敲定，5G 已準(zhǔn)備好兌現(xiàn)其承諾。在全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的引領(lǐng)下，從網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到設(shè)備可用性和新的用例創(chuàng)新，與前幾代相比，5G 實(shí)施的采用速度加快。

此外，與將這項(xiàng)技術(shù)推向大眾不同的是，它不僅受到消費(fèi)者的推動(dòng)，而且受到從零售到教育、采礦到制造業(yè)，甚至金融和交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)主要行業(yè)的推動(dòng)。盡管它已經(jīng)取得了成功，但它仍然只是一個(gè)開(kāi)始。對(duì)于之前不得不對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和頻譜投資做出不確定性賭注的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，最樂(lè)觀的部分可能是 5G 有潛力真正兌現(xiàn)“如果你建造它，他們將會(huì)來(lái)。”

審核編輯 黃昊宇