一、5G概述:
第五代移動通信技術,簡稱5G,是最新一代蜂窩移動通信技術,繼4G、3G和2G系統(tǒng)后的延伸。在這種網(wǎng)絡中,供應商覆蓋的服務區(qū)域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區(qū)域。本地天線通過高帶寬光纖或無線回程連接與電話網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)連接。與現(xiàn)有的手機一樣,當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時,他們的移動設備將自動“切換”到新蜂窩中的天線。
從技術層面上看,5G技術通過大規(guī)模天線、邊緣計算、網(wǎng)絡功能虛擬化等一系列硬件和軟件技術創(chuàng)新,各項性能指標都比4G有大幅提升,具備“超可靠、低時延、廣覆蓋、大連接”等特點;從業(yè)務體系看,5G將全面向互聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展,從過去的封閉性、專用性變?yōu)閺娬{開放性與通用性;從應用場景看,前四代技術主要是面向個人通信,5G將擴展到產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市應用。
二、5G產業(yè)鏈
2020年3月,工信部表示,今年5G網(wǎng)絡建設將加速又加量,預計三大運營商今年年底前將開通60萬5G基站。從5G基站的建設需求來看,5G將會采取“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋的模式。根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《2018年中國5G產業(yè)與應用發(fā)展白皮書》,預計5G宏站增量將達到360-500萬個,小基站數(shù)量將達到720-1000萬個,合計基站總數(shù)量將是4G基站的3.3-4.6倍,將會帶來一輪原有基站改造和新基站建設熱潮。
5G基站主要分類
從5G基站產業(yè)鏈來看,上游基站主設備包括了基站天線、基站射頻、基站光模塊和小微基站;基站射頻器件包含濾波器、功放、PCB、集成功率放大器(PA)和天線振子;傳輸設備包括光纖光纜、光模塊、有源/無源/半有源波分以及SDN/NFV解決方案。中游通信運營商負責基站維護以及收取使用費用等;下游應用包括終端設備及應用廠商,涉及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能裝備、手機/移動終端等。
在5G基站主設備中,印刷電路板(Printed Circuit Board,簡稱PCB)作為最基礎的連接裝置將被廣泛使用。PCB是指在基材上按照預先設計好的形成點之間連接和印刷元件的基板。PCB的功能是讓電子元器件按照預定電路連接(就是關鍵互連件)。首先5G基站的天線陣子需要使用PCB作為連接;其次5G基站的濾波器等元器件將大幅增加,需要使用一塊單獨的PCB來連接這些元器件;最后5G基站的CU/DU等部分也需要使用PCB。5G 建設初期,對于PCB 的需求增量直接體現(xiàn)在無線網(wǎng)和傳輸網(wǎng)上,對PCB 背板、高頻板、高速多層板的需求較大。在消費領域,5G應用場景有遠程醫(yī)療、自動駕駛、無人機高清航拍、實時直播、多人影像投射同步在線、智慧零售等,這些都是在4G時代的基礎上更進一步改善使用體驗,并沒有帶來顛覆性的變化。更多的是通過新技術新概念帶動消費升級,促進了4G智能手機等消費電子的更新?lián)Q代,5G智能手機上下游產業(yè)鏈迎來發(fā)展新機遇,如上游的攝像頭光學、功率半導體、PCB板等。
在工業(yè)領域,5G基本能滿足工業(yè)自動化中對無線通信低延遲、高可靠性、低成本的要求,適用于AGV控制、視覺信號傳遞、柔性生產線等大部分應用場景。我國現(xiàn)在工業(yè)分類中有39個工業(yè)大類,具備大而全的完整工業(yè)體系,不同工業(yè)門類對5G需求也各不相同,更多應用場景還在探索當中。
5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展,被認為是我國把握第四次工業(yè)革命歷史機遇,在全球新一輪科技產業(yè)競爭中占據(jù)先機的重要一環(huán)。我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”已經在工業(yè)制造、能源電網(wǎng)、智慧港口等領域開啟了探索之路,應用已逐漸由巡檢、監(jiān)控等外圍環(huán)節(jié)向生產控制、質量檢測等生產內部環(huán)節(jié)延伸。
在5G產業(yè)網(wǎng)絡中,處于關鍵位置的產品主要有通信設備、電子電路、半導體芯片、電子制造、電路元件、電線電纜、電子元件、傳感器等產品。在5G產業(yè)的布局中,圍繞這些重點關鍵性產品進行布局,能夠較好地支撐起5G產業(yè)網(wǎng)絡,形成產業(yè)集群,從而推動產業(yè)發(fā)展。
三、5G面臨的技術難題
5G網(wǎng)絡技術面臨著很多挑戰(zhàn),中國工程院院士鄔賀銓曾感嘆:“5G標準很理想,但網(wǎng)絡現(xiàn)實很骨感?!庇绕涫窃诠I(yè)領域的應用,5G還有很長的一段路要走。
5G具有具備高網(wǎng)速(最快可達每秒 10G 數(shù)據(jù)傳輸)、大帶寬(滿足海量設備接入)、低延時(空口對空口小于 1ms 時延,同步精度達到 100ns,抖動小于 100ns)、高可靠(穩(wěn)定性可達到 99.999%)、低功耗等優(yōu)點,但這些優(yōu)點并不能全部同時發(fā)揮作用。這些性能指標之間常常存在著一定程度的此消彼長、相互權衡的關系,一個維度性能的優(yōu)化往往會導致另一個維度性能的退化。因此只能通過切片技術來實現(xiàn)選擇保留一部分、犧牲一部分,以合理權衡與協(xié)調各性能指標實現(xiàn)之間的關系。
通過網(wǎng)絡切片管理為每一個業(yè)務組織形成一個VPN(虛擬專用網(wǎng)絡),這是一個非常好的想法,但實際上這種全鏈路的VPN很難。把網(wǎng)絡切片向大客戶開放,由客戶發(fā)現(xiàn)、選擇、生成和管理VPN,給大客戶提供按需實時動態(tài)調整的權利,但VPN并不能實現(xiàn)跨運營商??扇〉霓k法是只是對時延、丟包率、可靠性有比較嚴格的業(yè)務提供網(wǎng)絡切片。
目前,滿足R15標準的5G在低時延這一性能上,無法滿足運動控制如伺服電機的要求。5G的1ms時延是指從端口到相鄰端口的時間,而不是通常意義上的從控制器到控制器的時間,如果整個控制回路全部用5G,那么時延還要更長。
小結:
在中國積極推進數(shù)字產業(yè)化、產業(yè)數(shù)字化,引導數(shù)字經濟和實體經濟深度融合之際,5G技術是不可或缺的關鍵基礎設施。同時,我們也要看到,5G技術在仍有部分局限性,期待有更多的企業(yè)探索5G的關鍵技術及行業(yè)應用。當5G與云計算、AR/VR、人工智能、大數(shù)據(jù)、機器人、遠程控制、傳感器等其他新一代信息技術深度融合后,能夠滿足超高清視頻傳送、智能制造、智能交通、遠程醫(yī)療、智慧城市、VR/AR等新興業(yè)務對移動網(wǎng)絡的需求,成為數(shù)字化社會轉型的基礎。