近年來，在5G領域的競爭非常激烈。但5G的部署與應用到底是一個什么樣的過程?人們到底需要多久才能普遍用上5G技術?日前，CB Insights發表了一篇報告，在對無線技術的背景進行研究的基礎上，對5G驅動下的下一代連接將如何發展進行了分析。報告指出，雖然5G的早期部署在2018年已經開始了，但廣泛的實施與應用可能需要十年的時間。文章由36氪編譯，希望能夠為你帶來啟發。

　　在過去十年中，4G無線技術已經成為世界上許多移動用戶的標配。

　　從Snap和Instagram等社交媒體平臺到Uber和Lyft等交通應用程序，許多公司都從當今4G系統提供的可靠連接和速度中受益匪淺。

　　雖然4G技術為移動消費的新媒介鋪平了道路，但它確實有局限性。未來十年，物聯網設備的興起將要求網絡近乎實時地傳輸數據。

　　下一代無線技術，也就是5G，將會為其提供支撐。

　　5G的早期部署在2018年已經開始，但廣泛實施可能需要十年的時間。

　　盡管如此，企業也越來越關注這項技術：根據CB Insights的數據，“5G”在2018年第一季度的財報電話會議中被提及900多次，比2017年第四季度增長了70 %。

　　諾基亞、高通、愛立信、博通和Verizon等公司都在討論5G的影響，并制定了技術和服務的部署計劃。

　　我們在對無線技術的背景進行研究的基礎上，對5G驅動下的下一代連接將如何發展進行了分析。

　　一、無線技術系統的歷史

　　無線通信已經存在了一個多世紀，但是直到20世紀70年代末80年代初，它們才成為一種商業上可行的消費者服務。

　　第一代無線技術系統( 1G )是隨著手機的出現而出現的。這些設備和網絡允許移動語音通話，但僅此而已。

　　第二代( 2G )為語音通話提供了改進，并引入了短信(以及后來通過彩信發送的媒體信息)，最終幫助手機在21世紀初獲得廣泛采用。

　　2G后來的迭代引入了數據傳輸，但直到1998年3G的出現，才讓移動互聯網瀏覽和視頻通話等媒體豐富的應用成為可能。最新的3G技術，能夠提供高達4 Mbps的數據傳輸速度。

　　最新一代的無線技術，被消費者稱為4G (現在是4G LTE )，能夠達到10-20 Mbps的速度，具體取決于運營商。這使得移動在線游戲、直播高清電視、群組視頻會議、互聯家庭解決方案，甚至包括AR / VR等新興體驗成為可能。

　　對大多數消費者來說，4G的速度已經能夠滿足他們大部分的需求了。但對于運輸或醫療保健等行業，延遲(數據傳輸之前的延遲)可能會直接影響系統的結果。

　　例如，5G將能夠使自動駕駛汽車之間的近即時通信成為可能，這種通信可以防止致命事故的發生。

　　5G將對這些關鍵任務系統產生非常大的影響，同時也為未來的連接技術提供必要的基礎設施。

　　5G是什么?

　　5G是下一代(也是第五代)無線技術系統。它將提供比前一代無線技術更快的速度，相當于通過光纖進行傳輸的速度。

　　這項技術的早期測試顯示，實際速度為700-3025 Mbps ( 3.025 Gbps )，一旦5G上市，消費者就能體驗到這一點。用4G下載需要幾分鐘的電影，用5G下載只需要幾秒鐘。

　　雖然手機和移動設備是5G最明顯的用例，但這項技術還會有許多其他的應用。

　　隨著行業的發展，物聯網( IoT )將從5G提供的速度和帶寬中受益匪淺：Gartner估計，到2020年，將會有2040萬個物聯網單元被安裝，而與物聯網相關的開支將達到近3萬億美元。

　　自動駕駛汽車、用于手術的機器人和關鍵基礎設施監控只是5G支持物聯網的一小部分潛在應用。

　　但通往5G的道路并不簡單。

　　下面，我們將指出使5G系統廣泛應用的四個主要驅動因素，并強調它們將如何為5G系統的部署和使用做出貢獻。

　　為5G鋪路的四個驅動因素

　　鋪設光纖

　　盡管二者有時被認為是相互競爭的技術，但光纖網絡和無線網絡通常是協同工作的。

　　在大部分時間，數據都是通過線纜傳輸的，無線天線通常負責完成最后幾英里的傳輸。

　　這樣，光纖就可以作為移動網絡的神經系統。用光纖將數據中心與蜂窩天線(手機信號塔或手機)連接，將使5G的實時速度接近預期。

　　光纖基礎設施目前很普遍，現有的4G系統也正在使用光纖，但需要更多的光纖基礎設施來支持廣泛的5G應用。到2019年，光纖基礎設施的投資預計將達到近1500億美元。

　　無線服務供應商正在利用不同的策略來擴展它們的5G網絡。例如，Verizon希望擁有自己的光纖回程(底層連接基礎設施)。

　　該公司與專業玻璃制造商Corning和光纖供應商Prysmian合作，設計和安裝5G光纖電纜。迄今為止，Verizon已經購買了3700萬英里長的光纖，以支持其不斷增長的小細胞基地臺網絡。

　　另一方面，T-Mobile租用“暗光纖”(未使用或未充分利用的光纖)來支持其5G網絡的部署。雖然該公司可能不擁有這種光纖，但由于租用的回程的大部分都已經安裝完畢，它可以更快地提供5G服務。

　　T-Mobile計劃2018年在30個城市建設5G，而Verizon僅計劃將5G小細胞基地臺推廣到4個城市。這些供應商可能會在年底前向某些城市提供5G服務，但這些部署中的大多數將在2019年和2020年投入使用。

　　這些5G部署中的大部分可能會在擴展到農村地區之前先支持城市中心。不過，已經滲透光纖的地區——城市或農村——可能是早期5G部署的候選地區。

　　小細胞基地臺的巨大影響

　　今天的無線數據大部分是通過大細胞基地臺傳送的，大細胞基地臺通常被稱為蜂窩塔。它們為無線連接奠定了基礎，可以為方圓40英里內成千上萬的移動用戶提供服務。

　　雖然大細胞基地臺是電信行業提供良好服務的基礎，但它們很難部署和維護。監管審批、建設、供電和維護的成本使得傳統的大細胞基地臺成為無線連接的一種負擔。

　　小細胞基地臺對無線連接的貢獻越來越大，將會為當前和未來的無線系統提供支持。雖然它們服務的移動用戶更少，但安裝和維護更容易。它們也比大細胞基地臺更便宜、更節能，監管審批也更簡單。

　　小細胞基地臺與大細胞基地臺、其他小細胞基地臺和單個移動設備進行無線通信。某些小細胞基地臺直接連接到光纖，其他的小細胞基地臺則為無線網絡提供支持，從而提高無線覆蓋率。

　　在農村地區，小細胞基地臺可以幫助擴大信號覆蓋面;在人口密集地區，它們可以加強信號能力。

　　一些最新的小細胞基地臺被隱藏起來了。在洛杉磯，小細胞基地臺已經被部署作為智能路燈的一部分，以加強4G網絡。

　　在部署這些小細胞基地臺時，洛杉磯還安裝了一些未來5G網絡所需的必要基礎設施。

　　5G只能進行短距離、無障礙的數據傳輸。隨后，將需要大量的小細胞基地臺來服務于單個大細胞基地臺大小的區域——盡管小細胞基地臺將提供更快的速度。

　　T-Mobile已經安裝了1.5萬個小細胞基地臺，并計劃在不久的將來再部署2.5萬個。這將支持該公司在洛杉磯、紐約和達拉斯等30個城市推出5G服務。

　　除了成功部署小細胞基地臺外，還要考慮到一系列的“并發癥”。

　　無線運營商開始意識到，小細胞基地臺將不得不遵守一系列新規定，并滿足當地居民對普及新技術的某些需求。

　　Sprint 最近因未能獲得適當的許可證而支付了1160萬美元的罰款。AT & T公司因某些小細胞基地臺設計引發了“不必要的混亂”而遭到推后，加州圣羅莎市也因類似原因暫停了Verizon的部署。

　　小細胞基地臺的部署仍處于早期階段。也就是說，許多運營商將在2019年提供第一批5G服務。移動用戶應該期待主要運營商在2020年代初在美國最大城市提供5G服務。

　　更多頻譜，更快速

　　除了光纖基礎設施和小細胞基地臺的部署之外，5G還需要極高頻率的無線電波。這些頻率需要在一個小半徑內進行可視連接，才能成功通信。

　　換句話說，對無線覆蓋、速度和消耗的日益增長的需求，要求在無線電波頻譜內使用新的頻帶。頻帶是無線電波頻譜上的特定頻率范圍。它們的頻率范圍從非常低( 3 - 30 kHz )到非常高( 30 - 300 GHz )。

　　在不同的環境中，AM無線電使用中頻帶( 300 kHz - 3 MHz )，利用500至1700 kHz (或1.7 MHz )之間的特定頻率。

　　另一方面，WiFi和藍牙使用超高頻帶( 330 MHz - 3 GHz )，利用2.4 GHz的特定頻率。移動設備的設計是為了在2.4和5 GHz 頻率上進行 Wi-Fi 通信。

　　雖然更高的頻率允許更快的數據傳輸，但是它們不能穿過某些結構。例如，衛星電視通常使用13-18 GHz之間的頻率，但它需要一個可視連接來防止干擾。大雨或樹木會影響通信質量。

　　對于大多數5G網絡，將使用超高(3-30ghz)和極高(30-300ghz)頻段來實現無線運營商所承諾的 Gbps 速度。24至86 GHz之間的頻率將特別受歡迎。

　　在最近的一次頻譜拍賣中，無線運營商花費了大約450億美元來獲得支持和擴展當前4G 網絡的某些無線電波頻率。5G頻譜拍賣定于2018年11月開始，屆時美國無線運營商將競購24 GHz和28 GHz頻段的頻譜。

　　Verizon 已經擁有一個28 GHz 頻段的許可證，這是通過收購XO通信獲得的。

　　某些頻譜將被分配用于共享訪問。通過使用頻譜接入系統( SAS )，運營商可以根據可用性動態訪問共享頻率。 這將允許運營商根據網絡需求對帶寬進行上下調整。

　　這些較高的頻率是完全共享或授權，將要求小細胞基地臺以這樣的方式排列，即它們保持移動用戶或其他小細胞基地臺之間的視線連接。雖然大量的小細胞基地臺將有助于維持5G覆蓋，但另一種稱為“固定無線”的無線配置將有助于在室內提供無線覆蓋。

　　固定無線將5G帶入室內

　　盡管5G的高頻需要可視連接，“固定無線”將允許建筑物和家庭內的蜂窩覆蓋。

　　固定的無線天線被放置在房屋和建筑物的頂部，與附近的小細胞基地臺或大細胞基地塔通信。雖然這些固定無線天線必須保持與附近小細胞基地臺的可視連接，但它們能夠將蜂窩覆蓋范圍擴展到住宅和建筑物中。

　　這些天線可以通過光纖連接到內部微微蜂窩基站或毫微微蜂窩基站，用于將無線覆蓋中繼到室內的少數移動用戶。無線信號也可以使用專門設計的調制解調器和路由器轉換成傳統的Wi-Fi。

　　將蜂窩信號轉換為Wi-Fi的能力可能使無線運營商能夠與Comcast和TimeWarner等傳統ISPs競爭。

　　已經為家庭和企業提供互聯網接入的Verizon計劃今年在3-5個城市提供固定的5G無線服務。這些服務將為通過光纖傳送的互聯網接入提供替代方案，同時保持相當的速度。

　　該公司正與三星公司合作開發固定無線5G 路由器，該路由器將轉換無線5G信號并實現Wi-Fi兼容。

　　雖然Verizon計劃在提供移動5G服務之前提供固定的5G無線接入，但基礎設施將有助于支持兩種媒介。

　　到目前為止，Verizon是為數不多的幾家瞄準這一固定無線接入機會的公司之一，這表明它計劃向3000萬美國家庭提供1Gbps的速度。AT & T已經測試了自己的固定無線技術，但沒有看到與Verizon相同的規劃。

　　另一方面，像谷歌這樣的公司可能會開始構建移動5G網絡。

　　最終，固定無線技術在將移動5G服務擴展到超出可視連接范圍的建筑物或向家庭和企業提供互聯網接入。

　　5G的下一步是什么

　　隨著眾多無線運營商計劃在未來一年提供5G服務，整個電信業正在聯手利用這種向更高無線電波頻率的轉變的機會。

　　像Zayo這樣的公司正在幫助鋪設支持5G網絡所需的光纖，而像Siklu這樣的公司則提供固定的無線天線和小細胞基地臺。

　　5G設備制造商在5G應用中也扮演著更重要的角色:設備制造商需要不斷擴大覆蓋范圍，而無線網絡需要越來越多的兼容設備。作為Verizon進行的5G試驗的一部分，高通公司最近測試了其原型設備，首個5G語音通話取得了成功。

　　新技術似乎會影響到設備的設計。一些原型目前已經存在，但是制造商可能需要一段時間才能將新的5G天線正確地、美觀地集成到移動設備中。

　　但是，隨著這么多公司致力于實現這項技術，消費者應該可以在2019年看到5G的設備。一旦運營商在最少可行的城市激活5G，兼容的手機將會很快問世。

　　盡管5G服務可能在未來一年開始提供，但4G仍將是部分人口密集城市以外地區的默認服務。5G的廣泛應用可能需要十年時間，至于5G在工業方面更廣泛的應用，估計將在2020年代初開始。