開場白

各位，今天咱們開個(gè)新坑，系統(tǒng)地聊聊5G這個(gè)東西。這個(gè)帖子會(huì)分三講，把5G從里到外扒個(gè)底朝天。我自己在通信行業(yè)摸爬滾打也有些年頭了，見過不少設(shè)備，踩過不少坑，今天就把這些經(jīng)驗(yàn)都掏出來跟大家分享。

先說明白，這不是那種學(xué)院派的理論課，也不是廠商的宣傳材料。我會(huì)用最直白的話，把技術(shù)原理、部署難點(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用都給你講透。你要是看完還云里霧里，那就是我沒講明白，歡迎隨時(shí)拍磚。

今天第一講的內(nèi)容安排是這樣的：先把5G的發(fā)展歷程理一遍，讓你知道為什么要搞5G；然后講三大典型應(yīng)用場景，這是5G的核心；接著聊聊關(guān)鍵性能指標(biāo)，那些數(shù)字背后都有講究；最后說說網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際挑戰(zhàn)，這部分跟咱們?nèi)粘＝佑|最近。

廢話不多說，開始上菜。

第一部分：移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)史

咱們先花點(diǎn)時(shí)間理理移動(dòng)通信是怎么一步步走到今天的。很多人可能覺得這段歷史沒意思，但相信我，了解這個(gè)過程，你才能真正明白5G為什么要這么設(shè)計(jì)。

從1G到4G的技術(shù)軌跡

1G時(shí)代：大哥大的江湖

八十年代末九十年代初，第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)了。那時(shí)候的手機(jī)叫大哥大，跟塊磚頭似的，揣兜里能把褲子墜下來。功能呢？就一個(gè)，打電話。而且通話質(zhì)量還不咋地，經(jīng)常劈里啪啦的雜音，跟收音機(jī)調(diào)臺沒調(diào)準(zhǔn)似的。

但在那個(gè)年代，能拿著大哥大在街上走，那可是身份的象征。我記得以前看過一個(gè)段子，說有人背著假的大哥大模型上街裝X，還真有人信。

技術(shù)上講，1G用的是模擬信號，頻率在800到900兆赫茲。模擬信號最大的問題是什么？容易被干擾，保密性也差。你要是在那個(gè)年代搞個(gè)掃頻器，說不定還能偷聽別人電話。我以前認(rèn)識個(gè)老師傅，他說當(dāng)年在電信局工作，有時(shí)候線路串音，能聽到隔壁頻道的人聊天，那叫一個(gè)熱鬧。

2G時(shí)代：數(shù)字化革命

到了九十年代中后期，2G來了。這是個(gè)革命性的進(jìn)步，最大的變化是從模擬信號變成了數(shù)字信號。咱們國內(nèi)主要用的是GSM標(biāo)準(zhǔn)，頻段在900兆和1800兆。

2G帶來了什么？首先是通話質(zhì)量大幅提升，基本沒有那種滋滋啦啦的雜音了。其次是可以發(fā)短信了。別小看短信這功能，在那個(gè)年代，短信可是年輕人談戀愛的主要工具。我記得當(dāng)年用諾基亞手機(jī)，一條短信一毛錢，每個(gè)月話費(fèi)賬單上短信費(fèi)能占一半。

后來又出了彩信、GPRS上網(wǎng)。雖然速度慢得要死，但畢竟能上網(wǎng)了。我記得用WAP上網(wǎng)，打開個(gè)網(wǎng)頁能等好幾分鐘，流量費(fèi)還賊貴，一兆要好幾塊錢。但那種感覺，就像給你打開了一扇新世界的大門。

有個(gè)印象特別深的事，當(dāng)年用手機(jī)上網(wǎng)查個(gè)東西，結(jié)果頁面沒加載完，流量就跑了十幾兆，話費(fèi)扣了幾十塊。那時(shí)候工資才一千多，心疼得要死。

3G時(shí)代：視頻通話的嘗試

2000年前后，3G開始商用。咱們國內(nèi)搞了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：移動(dòng)的TD-SCDMA、聯(lián)通的WCDMA、電信的CDMA2000。速度比2G快了不少，理論上能達(dá)到2Mbps。

3G最大的賣點(diǎn)是視頻通話。運(yùn)營商當(dāng)年推這功能推得可賣力了，廣告鋪天蓋地，說什么"讓愛面對面"。但說實(shí)話，用的人并不多。一方面是流量貴，另一方面，視頻通話也沒大家想的那么剛需。我自己辦了視頻通話業(yè)務(wù)，一年下來也沒用過幾次。

不過3G有個(gè)很重要的意義，就是讓手機(jī)上網(wǎng)真正成為可能。雖然速度還是慢，但起碼能刷刷新聞、聊聊QQ了。智能手機(jī)也是從這個(gè)時(shí)候開始普及的，iPhone、安卓機(jī)開始進(jìn)入市場。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的萌芽，就是從3G時(shí)代開始的。

4G時(shí)代：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)

2013年底，4G牌照發(fā)放。這才是真正改變生活的一代技術(shù)。4G的下載速度能達(dá)到100Mbps，理論峰值甚至能到1Gbps。這個(gè)速度意味著什么？意味著你在手機(jī)上看高清視頻、玩大型游戲，都不會(huì)卡。

4G帶來了什么？抖音、快手、王者榮耀、直播、移動(dòng)支付、外賣、打車……這些改變咱們生活的應(yīng)用，哪個(gè)離得開4G？可以說，沒有4G，就沒有今天的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)繁榮。

我記得剛用上4G的時(shí)候，那種感覺就像從拖拉機(jī)換成了跑車。以前下載個(gè)幾百兆的文件要等半天，4G時(shí)代幾分鐘就搞定。看視頻也不用緩沖了，直接點(diǎn)開就能看。

但4G也有它的天花板。隨著智能設(shè)備越來越多，4G的容量開始吃緊。你可能有過這種體驗(yàn)：在人多的地方，比如演唱會(huì)、體育場、地鐵站，手機(jī)信號就會(huì)變得很差，發(fā)個(gè)朋友圈都費(fèi)勁。我去年去看演唱會(huì)，現(xiàn)場幾萬人，手機(jī)基本就廢了，想發(fā)個(gè)照片都發(fā)不出去。

而且4G主要還是解決"人"的需求，讓人能更快地上網(wǎng)。但未來呢？物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，這些應(yīng)用4G根本撐不起來。所以5G就應(yīng)運(yùn)而生了。

為什么必須要有5G？

很多人會(huì)問，4G已經(jīng)夠快了，為什么還要搞5G？這個(gè)問題問得好。

5G不只是快那么簡單。它要解決的是三個(gè)維度的問題：

第一，更快的速度。雖然4G已經(jīng)很快了，但對于一些新應(yīng)用還是不夠。比如8K視頻、云游戲、VR/AR，這些應(yīng)用需要的帶寬遠(yuǎn)超4G能提供的。

第二，海量連接?，F(xiàn)在智能設(shè)備越來越多，家里的冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、電燈、門鎖，甚至垃圾桶，都要聯(lián)網(wǎng)。一個(gè)家庭可能有幾十個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，一個(gè)小區(qū)可能有上萬個(gè)。4G網(wǎng)絡(luò)撐不住這么多連接。

第三，低時(shí)延高可靠。自動(dòng)駕駛、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療，這些應(yīng)用對時(shí)延和可靠性的要求極高。4G的時(shí)延大概50毫秒，這對自動(dòng)駕駛來說太慢了。車以100公里時(shí)速行駛，50毫秒能跑1.4米，這1.4米可能就是生死之別。

所以5G不是4G的簡單升級，而是為了滿足未來十年的應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)的全新技術(shù)體系。

第二部分：5G的三大典型應(yīng)用場景

5G的設(shè)計(jì)圍繞著三個(gè)核心場景展開。這三個(gè)場景構(gòu)成了一個(gè)三角形，每個(gè)頂點(diǎn)代表一種典型應(yīng)用。理解了這三個(gè)場景，你就理解了5G的全部。

場景一：eMBB - 增強(qiáng)移動(dòng)寬帶

eMBB的全稱是Enhanced Mobile Broadband，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶。說人話就是：更快的上網(wǎng)速度。

速度有多快？

4G的理論峰值速率是100Mbps，實(shí)際使用中可能就幾十兆。5G的目標(biāo)是用戶體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbps到1Gbps。注意，這不是峰值，是體驗(yàn)速率，也就是你實(shí)際能感受到的速度。

1Gbps是什么概念？每秒1G的數(shù)據(jù)。下載一部10GB的高清電影，理論上10秒就能搞定。以前用4G可能要十幾分鐘，3G時(shí)代可能要一個(gè)多小時(shí)。

我去年在深圳參加過一次5G體驗(yàn)活動(dòng)，現(xiàn)場測速，下載速度能跑到800多Mbps。那種感覺就像坐上了火箭。我當(dāng)場下了個(gè)游戲，4個(gè)G，不到20秒就下完了。旁邊體驗(yàn)的人都在驚嘆。

應(yīng)用場景有哪些？

最直觀的就是高清視頻。現(xiàn)在4K視頻已經(jīng)比較普及了，但8K還很少見。為什么？因?yàn)?K視頻的碼率太高，一部電影可能上百G，4G網(wǎng)絡(luò)根本看不了。但5G可以。

還有VR和AR。這兩個(gè)技術(shù)喊了好多年，一直沒普及，最大的瓶頸就是網(wǎng)絡(luò)。VR需要傳輸大量的3D畫面數(shù)據(jù)，對帶寬和時(shí)延要求都很高。4G做不到，5G可以。我體驗(yàn)過5G的VR游戲，畫面流暢度比4G好太多，基本沒有卡頓和延遲。

云游戲也是個(gè)大應(yīng)用。游戲不用下載到本地，直接在云端運(yùn)行，手機(jī)只負(fù)責(zé)顯示畫面和傳輸操作指令。這樣的話，手機(jī)配置低點(diǎn)也無所謂，只要網(wǎng)速夠快就行。我用過云游戲平臺，在手機(jī)上玩《原神》這種大型游戲，效果還真不錯(cuò)。

還有一個(gè)很實(shí)際的應(yīng)用：高清視頻會(huì)議。疫情期間大家都在家辦公，視頻會(huì)議用得特別多。但4G網(wǎng)絡(luò)下，多人視頻會(huì)議經(jīng)?？D、畫面模糊。5G就沒這個(gè)問題，幾十人的視頻會(huì)議都能保證高清流暢。

場景二：mMTC - 海量機(jī)器類通信

mMTC的全稱是Massive Machine Type Communications，海量機(jī)器類通信。說白了就是物聯(lián)網(wǎng)。

連接數(shù)量有多大？

5G的目標(biāo)是每平方公里支持100萬個(gè)設(shè)備連接。什么概念？一平方公里是個(gè)邊長一公里的正方形，相當(dāng)于150個(gè)足球場那么大。在這個(gè)范圍內(nèi)，能有100萬個(gè)設(shè)備同時(shí)在線。

100萬個(gè)設(shè)備聽起來很夸張，但實(shí)際上并不算多。咱們算筆賬：

假設(shè)這一平方公里里有個(gè)居民小區(qū)，1000戶人家。每戶5口人，5000人。每人2個(gè)設(shè)備（手機(jī)+平板或手表），10,000個(gè)設(shè)備。

每戶家里再算20個(gè)智能設(shè)備：智能燈泡10個(gè)、插座5個(gè)、空調(diào)2臺、冰箱1臺、洗衣機(jī)1臺、門鎖1個(gè)，20,000個(gè)設(shè)備。

小區(qū)里的公共設(shè)施：監(jiān)控?cái)z像頭100個(gè)、路燈200個(gè)、煙霧報(bào)警器500個(gè)、水電氣表3000個(gè)，再加3800個(gè)。

加起來：10,000 + 20,000 + 3,800 = 33,800個(gè)設(shè)備。

看起來離100萬還遠(yuǎn)著呢對吧？但別忘了，這只是一個(gè)小區(qū)。一平方公里能裝好幾個(gè)這樣的小區(qū)。而且我說的還是保守估計(jì)，實(shí)際上每戶的智能設(shè)備只會(huì)更多。

我自己家現(xiàn)在就有三十多個(gè)智能設(shè)備。智能窗簾、掃地機(jī)器人、空氣凈化器、電視、音箱、體重秤、血壓計(jì)、攝像頭、門鈴……數(shù)都數(shù)不過來。再過幾年，每個(gè)房間都有十幾個(gè)傳感器、執(zhí)行器，一個(gè)家庭上百個(gè)設(shè)備不算多。

這些設(shè)備有什么特點(diǎn)？

第一，速率要求不高。一個(gè)智能門鎖，可能一天就傳幾KB的數(shù)據(jù)："我被打開了"、"電池還剩30%"。一個(gè)溫濕度傳感器，可能每小時(shí)傳一次數(shù)據(jù)，每次就幾十字節(jié)。它們不需要很快的網(wǎng)速，200kbps就夠了。

第二，數(shù)量巨大。前面算了，每平方公里可能有幾十萬甚至上百萬個(gè)設(shè)備。

第三，功耗要低。這些設(shè)備很多是電池供電的，比如煙霧報(bào)警器、溫濕度傳感器。你不可能每個(gè)月都去換電池吧？所以必須低功耗，最好能用個(gè)三五年甚至十年。

我以前裝過一個(gè)無線門磁，用的是普通電池，結(jié)果半年就沒電了。換了個(gè)低功耗的，用了兩年多還有電。這就是技術(shù)進(jìn)步帶來的差異。

第四，成本要低。如果一個(gè)智能插座要五百塊錢，誰會(huì)買？所以模塊成本必須壓下來，最好幾十塊錢就能搞定。

5G在設(shè)計(jì)的時(shí)候，專門針對這些需求做了優(yōu)化。比如有一種技術(shù)叫NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)），是5G體系下專門為低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的。用NB-IoT的設(shè)備，功耗能做到4G的千分之一。什么概念？如果4G模塊一年要換一次電池，NB-IoT模塊十年都不用換。

應(yīng)用場景有哪些？

智能家居是最直觀的應(yīng)用。你家的所有設(shè)備都聯(lián)網(wǎng),通過手機(jī)或語音就能控制。早上起床,窗簾自動(dòng)打開,咖啡機(jī)開始工作,空調(diào)調(diào)到舒適溫度。晚上回家,門鎖識別你的指紋自動(dòng)開門,燈光自動(dòng)亮起,電視打開到你喜歡的頻道。

我自己家就搞了一套智能家居系統(tǒng)。出門的時(shí)候,說一句"我走了",所有燈光自動(dòng)關(guān)閉,空調(diào)關(guān)機(jī),掃地機(jī)器人開始工作,安防系統(tǒng)啟動(dòng)?；丶业臅r(shí)候,還沒到門口,空調(diào)就自動(dòng)打開了,進(jìn)門就是涼爽的。這種體驗(yàn)真的回不去了。

智慧城市是更大的應(yīng)用。城市里的所有基礎(chǔ)設(shè)施都聯(lián)網(wǎng),實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能調(diào)度。

路燈不再只是照明,它可以監(jiān)測空氣質(zhì)量、監(jiān)控交通流量、提供WiFi熱點(diǎn),甚至還能給電動(dòng)車充電。每個(gè)路燈都是一個(gè)智能終端,全市的路燈組成一個(gè)龐大的物聯(lián)網(wǎng)。我在深圳看到過這樣的路燈,確實(shí)很智能。

垃圾桶也能聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)垃圾裝滿了,自動(dòng)發(fā)送信號給環(huán)衛(wèi)部門,環(huán)衛(wèi)車就知道該去哪里收垃圾了。不用像以前那樣定時(shí)巡查,既省人力又提高效率。

停車場的每個(gè)車位都有傳感器,實(shí)時(shí)檢測是否有車。你開車進(jìn)停車場,系統(tǒng)直接告訴你哪里有空位,甚至可以導(dǎo)航過去。不用再一圈圈地找車位了。我最討厭找車位,有時(shí)候轉(zhuǎn)半天都找不到,這個(gè)功能真是解決了痛點(diǎn)。

智慧農(nóng)業(yè)也很有前景。在農(nóng)田里布滿傳感器,監(jiān)測土壤濕度、溫度、光照、蟲害。一旦發(fā)現(xiàn)問題,自動(dòng)灌溉、施肥、打藥。農(nóng)民坐在家里用手機(jī)就能管理幾千畝地。我有個(gè)朋友搞農(nóng)業(yè),現(xiàn)在就在用這套系統(tǒng),他說效率提高了好幾倍。

智慧醫(yī)療更是救命的東西。老人身上戴個(gè)智能手環(huán),實(shí)時(shí)監(jiān)測心率、血壓、血糖。數(shù)據(jù)傳到醫(yī)院,一旦發(fā)現(xiàn)異常,醫(yī)生立刻收到警報(bào),可以及時(shí)干預(yù)。對慢性病患者來說,這簡直是保命的神器。我爸有高血壓,我給他買了個(gè)智能手環(huán),確實(shí)放心多了。

場景三:URLLC - 超可靠低時(shí)延通信

URLLC的全稱是Ultra-Reliable and Low-Latency Communications,超可靠低時(shí)延通信。簡單說就是:快、準(zhǔn)、穩(wěn)。

時(shí)延要多低？

5G的目標(biāo)是端到端時(shí)延1毫秒。什么概念？人眨一次眼睛大約100毫秒,1毫秒是眨眼速度的百分之一。聲音在空氣中傳播1米大約需要3毫秒,1毫秒聲音只能傳30厘米。

4G的時(shí)延大概50毫秒,已經(jīng)很快了。但對某些應(yīng)用來說,50毫秒還是太慢。

為什么要這么快？

最典型的就是自動(dòng)駕駛。

一輛車以100公里時(shí)速行駛,每秒前進(jìn)27.8米。如果網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是50毫秒,車在收到指令前已經(jīng)走了1.4米。這1.4米可能就是撞與不撞的區(qū)別。

但如果時(shí)延是1毫秒,車只移動(dòng)了2.78厘米,這點(diǎn)距離對剎車系統(tǒng)來說完全可以忽略。

我看過一個(gè)測試視頻,用4G網(wǎng)絡(luò)控制的模擬車,在緊急情況下剎車距離比5G多了1米多。別小看這1米,關(guān)鍵時(shí)刻能救命。

更關(guān)鍵的是,自動(dòng)駕駛不是一輛車在跑,是一群車在路上互相協(xié)調(diào)。車A要變道,需要告訴車B"我要過來了";車B收到信息后要判斷"我是讓還是不讓";同時(shí)車C和車D也在通信。這些信息的交換必須實(shí)時(shí),任何延遲都可能導(dǎo)致事故。

工業(yè)控制也是如此。

我去過一個(gè)汽車制造廠,流水線上的機(jī)械臂在焊接車身。這個(gè)機(jī)械臂的動(dòng)作精度要求到0.1毫米級別。如果控制信號延遲了幾十毫秒,機(jī)械臂的位置就偏了,整個(gè)車身可能就廢了。一臺車的成本幾十萬,廢一臺就是幾十萬的損失。

所以工業(yè)控制對時(shí)延的要求極其苛刻,1毫秒已經(jīng)是能接受的極限了。

遠(yuǎn)程手術(shù)更是如此。

醫(yī)生在北京,病人在新疆,通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)。醫(yī)生操作手術(shù)機(jī)器人,機(jī)器人的手在病人體內(nèi)做精細(xì)操作。醫(yī)生的每個(gè)動(dòng)作都要實(shí)時(shí)傳到機(jī)器人上,不能有任何延遲。

我看過一個(gè)遠(yuǎn)程手術(shù)的紀(jì)錄片,醫(yī)生說最怕的就是網(wǎng)絡(luò)延遲。他的手動(dòng)了,機(jī)器人過了半秒才動(dòng),這期間病人的器官可能已經(jīng)移動(dòng)了位置,手術(shù)刀可能就切到不該切的地方。想想都后怕。

VR游戲也需要低時(shí)延。

你戴著VR頭盔玩賽車游戲,方向盤一打,畫面要立刻跟上。如果延遲超過20毫秒,你會(huì)感覺畫面跟不上動(dòng)作,產(chǎn)生眩暈感。這叫"暈動(dòng)癥",是VR行業(yè)最大的痛點(diǎn)。

我第一次玩VR的時(shí)候,用的是4G網(wǎng)絡(luò),玩了不到十分鐘就暈了,難受了半天。后來用5G網(wǎng)絡(luò)玩,完全沒有這個(gè)問題,可以玩很久。

5G的低時(shí)延可以把延遲壓到10毫秒以內(nèi),基本消除暈眩感,讓VR體驗(yàn)質(zhì)的飛躍。

可靠性要多高？

5G的目標(biāo)是99.999%的可靠性。五個(gè)9,意味著什么？意味著十萬次通信,最多只能失敗一次。換算成時(shí)間,一年8760小時(shí),允許的故障時(shí)間只有5.26分鐘。

這個(gè)要求非?？量?但必須達(dá)到。因?yàn)橐坏┩ㄐ攀?可能就是人命。

自動(dòng)駕駛的剎車指令,如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)丟包沒收到,后果不堪設(shè)想。工業(yè)控制的停機(jī)指令,如果沒傳達(dá)到,可能整條生產(chǎn)線都出事。遠(yuǎn)程手術(shù)的操作信號,如果斷了,病人的命就沒了。

怎么做到99.999%的可靠性？靠冗余。

通信鏈路有備份,主鏈路斷了,備份鏈路立刻接上?；居腥哂?一個(gè)基站掛了,旁邊的基站馬上接管。數(shù)據(jù)有重傳機(jī)制,發(fā)現(xiàn)丟包立刻重發(fā)。電源有雙路供電,一路斷電另一路頂上。

這些冗余設(shè)計(jì)都要花錢,所以5G的建設(shè)成本比4G高很多。但沒辦法,要保證可靠性,這些投入是必須的。

移動(dòng)性支持

5G還有個(gè)指標(biāo)是支持500公里/小時(shí)的通信?，F(xiàn)在高鐵最高350公里/小時(shí),為什么要支持到500？

因?yàn)橐獮槲磥砹粲嗔?。中國已?jīng)在測試時(shí)速600公里的磁懸浮列車,日本的磁懸浮也在往這個(gè)方向努力。如果5G只能支持到350,那幾年后新的高速交通工具出來了,5G就不夠用了。

在高速移動(dòng)場景下通信,難度很大。

第一是多普勒效應(yīng)。你在高速上開車,聽到對面來車的喇叭聲,會(huì)發(fā)現(xiàn)音調(diào)先高后低。這是因?yàn)檐囕v的相對運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致聲波頻率變化。電磁波也一樣,你坐在500公里/小時(shí)的車上,基站發(fā)射的信號頻率在你這里會(huì)產(chǎn)生偏移。

第二是頻繁切換。高速移動(dòng)意味著你會(huì)快速穿過一個(gè)個(gè)基站的覆蓋范圍。4G的基站覆蓋半徑可能是幾公里,你以500公里/小時(shí)的速度,幾十秒就穿過一個(gè)基站,要切換到下一個(gè)。

我坐高鐵的時(shí)候經(jīng)常遇到網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定,就是因?yàn)榍袚Q的問題。5G通過優(yōu)化切換算法,可以做到更快、更平滑的切換,理論上可以實(shí)現(xiàn)零中斷。

第三部分：5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)詳解

前面講了三大場景,現(xiàn)在咱們把具體的技術(shù)指標(biāo)掰開了說清楚。很多人看到這些數(shù)字就頭大,但其實(shí)每個(gè)數(shù)字背后都有物理規(guī)律和實(shí)際需求在支撐。

指標(biāo)一：流量密度 - 每平方公里10TB/秒

這個(gè)數(shù)字聽起來很抽象,咱們換個(gè)角度理解。

假設(shè)你在工體看球賽,工人體育場能坐六萬人。這六萬人里,至少有一半會(huì)在比賽的時(shí)候刷手機(jī)、發(fā)朋友圏、拍視頻、看回放。按照5G的標(biāo)準(zhǔn),每個(gè)人的體驗(yàn)速率要達(dá)到100Mbps到1Gbps之間,咱們?nèi)€(gè)中間值500Mbps。

那么三萬人同時(shí)在線,需要多大的容量？

30,000人 × 500Mbps = 15,000,000Mbps = 15Tbps

工體的占地面積大約0.2平方公里,15Tbps除以0.2,單位面積的流量密度是75Tbps每平方公里。你看,這已經(jīng)超過了5G標(biāo)準(zhǔn)定的10Tbps了。

但這里有個(gè)竅門。不是所有人都在同一時(shí)刻瘋狂用網(wǎng),有人在看,有人在發(fā),有人在聊天,有人只是偶爾刷一下。通信里有個(gè)概念叫"忙時(shí)集中度",實(shí)際上同時(shí)在線并且全力跑流量的人,可能只有總數(shù)的三分之一。所以真實(shí)需求可能是5Tbps左右。

但為什么標(biāo)準(zhǔn)要定到10Tbps？因?yàn)橐粲嗔俊Ｄ阆?如果剛好夠用,網(wǎng)絡(luò)肯定會(huì)卡。留一倍的余量,才能保證體驗(yàn)流暢。

我去年去看演唱會(huì),現(xiàn)場五萬多人,4G網(wǎng)絡(luò)基本就廢了,想發(fā)個(gè)照片都發(fā)不出去。如果是5G網(wǎng)絡(luò),就不會(huì)有這個(gè)問題。

再舉個(gè)例子。深圳有個(gè)華強(qiáng)北商業(yè)區(qū),方圓一平方公里,工作日白天人流量能到幾十萬。這些人不光刷手機(jī),商戶還要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)貨、收款、監(jiān)控。加上遍地的共享單車、外賣小哥、快遞員,他們的設(shè)備也都在聯(lián)網(wǎng)。所有這些加起來,流量需求是海量的。

10TB/秒的流量密度,就是為了應(yīng)對這種極端場景設(shè)計(jì)的。日常使用當(dāng)然用不到這么多,但有備無患。

指標(biāo)二：連接密度 - 每平方公里100萬設(shè)備

這個(gè)指標(biāo)我前面提到過,現(xiàn)在展開講講。

每平方公里100萬設(shè)備,聽起來很夸張,但實(shí)際上是經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算的。

未來的城市,到處都是傳感器和智能設(shè)備。路燈、井蓋、垃圾桶、停車位、廣告牌、充電樁……每一個(gè)都可能是個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。再加上家庭里的各種智能家居,商業(yè)場所的各種設(shè)備,100萬這個(gè)數(shù)字其實(shí)不算多。

而且這些設(shè)備的通信特點(diǎn)跟手機(jī)完全不同。手機(jī)需要高速率,但連接時(shí)間相對短。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備速率低,但需要長期在線,隨時(shí)可能有數(shù)據(jù)傳輸。

這對網(wǎng)絡(luò)的連接管理能力提出了很高的要求。4G做不到這一點(diǎn),4G的連接數(shù)上限大概是每平方公里十萬級別,已經(jīng)很吃力了。5G把這個(gè)數(shù)字提升了十倍,這才是真正的"萬物互聯(lián)"。

我有個(gè)朋友做智慧城市項(xiàng)目,他說現(xiàn)在最大的瓶頸就是網(wǎng)絡(luò)連接能力。一個(gè)中等城市要部署幾百萬個(gè)傳感器,4G網(wǎng)絡(luò)根本承受不了。等5G大規(guī)模部署了,這個(gè)瓶頸就解決了。

指標(biāo)三：端到端時(shí)延 - 1毫秒

時(shí)延這個(gè)東西,普通用戶感知不強(qiáng),但在某些場景下是生死攸關(guān)的。

1毫秒是什么概念？我前面講過,這里再強(qiáng)調(diào)一下。

從發(fā)出指令到設(shè)備收到指令,整個(gè)過程不能超過1毫秒。這包括了信號的傳輸時(shí)間、處理時(shí)間、轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間等等。

達(dá)到這個(gè)指標(biāo)很難。信號在光纖中的傳播速度大約是每秒20萬公里,1毫秒能傳200公里。但實(shí)際上,信號要經(jīng)過很多環(huán)節(jié):從手機(jī)發(fā)出,到基站,到核心網(wǎng),再到目標(biāo)設(shè)備,每個(gè)環(huán)節(jié)都有處理時(shí)間。

5G通過多種技術(shù)手段來降低時(shí)延:

一是邊緣計(jì)算。把計(jì)算節(jié)點(diǎn)下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣,數(shù)據(jù)不用傳到遠(yuǎn)端的云端數(shù)據(jù)中心,在本地就能處理,大大降低了時(shí)延。

二是網(wǎng)絡(luò)切片。為不同的業(yè)務(wù)分配專用的網(wǎng)絡(luò)資源,避免相互干擾和擁塞。

三是優(yōu)化協(xié)議。簡化通信流程,減少不必要的握手和確認(rèn)。

我參觀過一個(gè)5G實(shí)驗(yàn)室,他們做自動(dòng)駕駛的測試。模擬車輛在高速行駛,突然前方出現(xiàn)障礙物,系統(tǒng)要立即剎車。用4G網(wǎng)絡(luò),從檢測到障礙物到剎車指令到達(dá),平均時(shí)延50毫秒。用5G網(wǎng)絡(luò),時(shí)延降到了5毫秒以內(nèi)。雖然還沒達(dá)到1毫秒的理想狀態(tài),但已經(jīng)是質(zhì)的飛躍了。

指標(biāo)四：可靠性 - 99.999%

五個(gè)9的可靠性,前面也提到過,這里說說怎么實(shí)現(xiàn)。

首先是鏈路冗余。每個(gè)通信鏈路都有備份,主鏈路出問題了,備份鏈路立刻接管,切換時(shí)間不超過50毫秒,用戶基本無感知。

其次是設(shè)備冗余。關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是雙機(jī)熱備,一臺故障了,另一臺立刻頂上。核心機(jī)房都有雙路電源,一路斷電了,另一路繼續(xù)供電。

再次是數(shù)據(jù)冗余。重要的數(shù)據(jù)會(huì)存多份,分散在不同的服務(wù)器上。即使某個(gè)服務(wù)器掛了,數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

最后是故障自愈。網(wǎng)絡(luò)有智能監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)時(shí)檢測各種異常。一旦發(fā)現(xiàn)問題,自動(dòng)切換路由,重新分配資源,最大程度減少故障影響。

我以前在運(yùn)營商干過,深知保證可靠性有多難。一個(gè)小小的配置錯(cuò)誤,可能導(dǎo)致大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓。一次設(shè)備故障,可能影響幾萬用戶。所以運(yùn)營商對可靠性極其重視,各種冗余措施都要做到位。

99.999%的可靠性,意味著一年只能有5分鐘的故障時(shí)間。這個(gè)要求真的很高,但對于關(guān)鍵業(yè)務(wù)來說,這是必須達(dá)到的。

指標(biāo)五：移動(dòng)性 - 500公里/小時(shí)

這個(gè)指標(biāo)我前面講過原理,這里說說實(shí)現(xiàn)難度。

在高速移動(dòng)場景下通信,有兩大難點(diǎn):

一是多普勒頻移。車輛高速移動(dòng),導(dǎo)致接收到的信號頻率發(fā)生偏移。5G的算法要能實(shí)時(shí)補(bǔ)償這個(gè)偏移,否則通信就會(huì)出錯(cuò)。

二是頻繁切換。高速移動(dòng)意味著快速穿過一個(gè)個(gè)基站的覆蓋范圍,需要頻繁切換。切換過程要做到無縫,不能掉線,不能丟包。

5G通過X2接口(基站之間的直連接口)來實(shí)現(xiàn)快速切換。當(dāng)你從基站A的覆蓋范圍移動(dòng)到基站B時(shí),A和B之間會(huì)提前協(xié)商,把你的通信會(huì)話平滑地轉(zhuǎn)移過去。理論上可以做到零中斷。

我坐高鐵的時(shí)候測試過,用4G網(wǎng)絡(luò)打語音電話,穿隧道或者經(jīng)過某些區(qū)域,會(huì)有明顯的斷續(xù)。用5G網(wǎng)絡(luò)就好多了,基本聽不出切換的痕跡。

當(dāng)然,現(xiàn)實(shí)中要達(dá)到理想效果還有很長的路要走。網(wǎng)絡(luò)覆蓋、設(shè)備性能、算法優(yōu)化,每個(gè)環(huán)節(jié)都要做到位才行。

指標(biāo)六：能效和頻譜效率

這兩個(gè)指標(biāo)比較專業(yè),但也很重要。

能效是指每傳輸1比特?cái)?shù)據(jù)消耗的能量。5G要求比4G降低100倍。為什么？因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)設(shè)備太多了,如果每個(gè)設(shè)備的功耗都很高,電池根本撐不住。

一個(gè)智能門鎖,如果功耗跟手機(jī)一樣,可能一周就要換次電池,誰受得了？所以必須低功耗。5G通過優(yōu)化調(diào)制方式、降低傳輸功率、采用間歇性通信等手段,把功耗降下來。

有個(gè)技術(shù)叫NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng)),是5G體系下專門為低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的。用NB-IoT的設(shè)備,電池可以用5-10年,這才是真正實(shí)用的物聯(lián)網(wǎng)。

我家裝的智能門鎖用的就是NB-IoT技術(shù),兩年多了還沒換過電池,確實(shí)省心。

頻譜效率是指單位頻譜資源能傳輸多少數(shù)據(jù)。這個(gè)指標(biāo)提升比較難,因?yàn)槭苤朴谙戕r(nóng)定律(信息論的基礎(chǔ)定律)。5G通過大規(guī)模MIMO、高階調(diào)制(256QAM甚至更高)等技術(shù),把頻譜效率又提升了一截,但提升空間已經(jīng)不大了。

未來要想繼續(xù)提升,可能要靠更高的頻段,或者更激進(jìn)的技術(shù)突破。

第四部分：5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際挑戰(zhàn)

講了那么多技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用場景,現(xiàn)在該說說最實(shí)際的問題了:怎么把5G建起來？

很多人以為5G建設(shè)就是把4G基站拆了,換成5G基站。實(shí)際上完全不是這么回事,真實(shí)的部署過程復(fù)雜得多,也現(xiàn)實(shí)得多。

挑戰(zhàn)一：從4G到5G的平滑演進(jìn)

運(yùn)營商不可能一夜之間把全國的4G網(wǎng)絡(luò)都拆了換5G,那得多少錢？而且4G用戶還是大多數(shù),你把4G網(wǎng)絡(luò)拆了,他們用什么？

所以5G的部署必須跟4G共存,而且要平滑演進(jìn)。這就產(chǎn)生了兩種組網(wǎng)方式:NSA(非獨(dú)立組網(wǎng))和SA(獨(dú)立組網(wǎng))。

NSA是什么意思？就是5G的無線部分(基站)是新的,但核心網(wǎng)還用4G的。就像你買了輛新車,但還走老路。這種方式的好處是建設(shè)快、成本低,可以利用現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)資源。

但NSA有個(gè)致命缺點(diǎn):很多5G的新特性用不了。比如低時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算這些,都需要5G核心網(wǎng)的支持。NSA只是速度快了,但本質(zhì)還是4G的架構(gòu)。

我用過NSA的5G網(wǎng)絡(luò),速度確實(shí)快,下載能跑到幾百兆。但時(shí)延還是跟4G差不多,玩游戲的時(shí)候能明顯感覺到延遲。

SA是真正的5G,從無線到核心網(wǎng)全部是新的。這才能發(fā)揮5G的全部能力。但SA的問題是投資大、建設(shè)周期長、技術(shù)難度高。

所以實(shí)際部署中,運(yùn)營商采取的策略是:先建NSA,快速鋪開覆蓋;然后逐步升級到SA,釋放5G的完整能力。

中國的三大運(yùn)營商現(xiàn)在基本都完成了SA的部署,但很多國家還停留在NSA階段。這就是為什么說中國的5G建設(shè)走在世界前列。

挑戰(zhàn)二：BBU集中化部署

BBU是什么？BaseBand Unit,基帶處理單元,負(fù)責(zé)信號的調(diào)制解調(diào)、編碼解碼等核心功能。

傳統(tǒng)的基站,BBU和RRU(射頻單元)是一體的,就在基站鐵塔下面的機(jī)柜里。但5G時(shí)代,BBU可以集中部署,甚至可以放到云上。

為什么要這么做？

第一,前面說了,5G需要多站協(xié)作。比如大規(guī)模MIMO需要多個(gè)基站之間交換信息,來實(shí)現(xiàn)波束的協(xié)調(diào)。如果BBU都分散在各個(gè)基站,協(xié)同起來很困難。把BBU集中起來,協(xié)同就方便多了。

第二,資源利用率更高。不同基站的忙閑時(shí)間不一樣,早上居民區(qū)忙、商業(yè)區(qū)閑,晚上反過來。如果BBU集中管理,就可以動(dòng)態(tài)調(diào)配資源,忙的地方多分配點(diǎn),閑的地方少分配點(diǎn)。

第三,維護(hù)方便。BBU集中在機(jī)房里,出了問題維護(hù)人員不用爬鐵塔,在機(jī)房里就能處理。

我以前干過基站維護(hù),深知爬鐵塔有多辛苦。夏天鐵塔上溫度能到五六十度,冬天凍得手都伸不出來。如果能在機(jī)房里解決問題,那真是太幸福了。

但BBU集中化也帶來新問題:BBU到RRU之間需要光纖連接,而且對光纖的帶寬和時(shí)延要求很高。這就涉及到傳輸網(wǎng)的擴(kuò)容。

挑戰(zhàn)三：傳輸網(wǎng)的瓶頸

5G基站的吞吐量是4G的十倍以上,但如果傳輸網(wǎng)跟不上,再快的基站也沒用。就像高速公路出口只有一車道,再多的車也要排隊(duì)。

很多地方的傳輸網(wǎng)還是為4G設(shè)計(jì)的,比如一個(gè)基站用一條千兆光纖。但5G基站可能需要10G甚至更高的帶寬。

怎么辦？重新拉光纖？成本太高了。

解決方案有幾個(gè):

第一,波分復(fù)用。一條光纖可以傳輸多個(gè)不同波長的光信號,相當(dāng)于在一條光纜上跑多條虛擬光纖。通過WDM(波分復(fù)用)技術(shù),千兆光纖可以擴(kuò)展到10G甚至100G。

第二,光模塊升級。把光模塊從千兆升級到萬兆,不用換光纖,只換兩頭的設(shè)備就行。

第三,微波回傳。在一些光纖部署困難的地方,比如山區(qū)、海島,可以用微波鏈路回傳數(shù)據(jù)。5G時(shí)代的微波技術(shù)已經(jīng)很成熟,可以跑到幾個(gè)Gbps。

我參與過一個(gè)海島的5G建設(shè)項(xiàng)目,因?yàn)槔饫w成本太高,就用了微波回傳。效果還不錯(cuò),速度能跑到3Gbps,基本滿足需求。

但這些方案都要花錢。所以5G的建設(shè)成本里,傳輸網(wǎng)占了很大一塊。

挑戰(zhàn)四：電費(fèi)吃不消

這個(gè)問題很實(shí)際,但經(jīng)常被忽略。

5G基站的功耗是4G的2-3倍。一個(gè)5G宏基站,功耗可能達(dá)到3-5千瓦。如果一個(gè)城市有一萬個(gè)5G基站,一年的電費(fèi)就是個(gè)天文數(shù)字。

我算過一筆賬:一個(gè)5G基站功耗4千瓦,一天24小時(shí)不停,一天就是96度電。按工業(yè)用電1塊錢一度算,一天電費(fèi)96塊,一年就是35,000塊。一萬個(gè)基站就是3.5億。

運(yùn)營商算過賬,5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本里,電費(fèi)占了三分之一以上。這還不算設(shè)備折舊、維護(hù)人員工資、機(jī)房租金等等。

所以運(yùn)營商也在想辦法省電。

一個(gè)辦法是基站休眠。深夜的時(shí)候用戶少,可以讓一部分基站進(jìn)入休眠模式,降低功耗。等早上用戶多了再喚醒。

我住的小區(qū)基站就是這樣,晚上12點(diǎn)到早上6點(diǎn),5G基站會(huì)休眠,只保留4G。對用戶影響不大,因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間段大部分人都在睡覺,不怎么用網(wǎng)。

另一個(gè)辦法是用新型功放。功放是基站里最耗電的部分,新一代的GaN(氮化鎵)功放比傳統(tǒng)的LDMOS功放效率高很多,能省不少電。

還有就是用新能源。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū),拉電網(wǎng)不劃算,可以用太陽能板+蓄電池給基站供電。這在西部地區(qū)、海島上已經(jīng)有應(yīng)用了。

但歸根結(jié)底,5G的電費(fèi)負(fù)擔(dān)還是很重。這也是為什么5G建設(shè)進(jìn)度沒有當(dāng)初預(yù)期的那么快,運(yùn)營商也要考慮投入產(chǎn)出比。

挑戰(zhàn)五：頻譜資源的博弈

前面說了,5G用的頻段比4G高,主要在3.5GHz和4.9GHz附近。但這些頻段原本是有其他用途的,比如軍用、衛(wèi)星通信等。

要把這些頻段騰出來給5G用,涉及到復(fù)雜的頻譜重耕。什么叫重耕？就是原來用這個(gè)頻段的人不用了,或者換到別的頻段去。

這個(gè)過程很麻煩。比如某個(gè)頻段原來是軍隊(duì)用的,現(xiàn)在要給5G,軍隊(duì)得先遷移到別的頻段,這需要協(xié)調(diào)、補(bǔ)償、技術(shù)改造,一系列流程走下來可能要好幾年。

而且不同國家的頻譜劃分還不一樣。中國用3.5GHz,美國用的是毫米波(28GHz),歐洲又不一樣。這導(dǎo)致設(shè)備廠商要針對不同市場開發(fā)不同版本的產(chǎn)品,增加了成本和復(fù)雜度。

我有個(gè)朋友在華為做5G設(shè)備研發(fā),他說最頭疼的就是適配不同國家的頻段要求。同一款基站,要開發(fā)十幾個(gè)版本,每個(gè)版本的天線、功放、濾波器都不一樣。成本和工作量都大大增加。

所以5G的全球推廣,頻譜協(xié)調(diào)是個(gè)大問題。

挑戰(zhàn)六：大規(guī)模MIMO技術(shù)的部署

前面提到過MIMO技術(shù),這里展開講講部署上的挑戰(zhàn)。

MIMO的全稱是Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出。說人話就是:用多根天線同時(shí)發(fā)射和接收信號,來提高通信質(zhì)量和速率。

這個(gè)概念不復(fù)雜,但實(shí)現(xiàn)起來很難。

首先是天線數(shù)量。5G基站的天線數(shù)量可以達(dá)到64根、128根甚至更多。這么多天線怎么安裝？怎么布線？怎么調(diào)試？都是問題。

我見過一個(gè)5G基站的天線陣列,密密麻麻的,看著就頭皮發(fā)麻。每根天線都要單獨(dú)連線、單獨(dú)校準(zhǔn),工作量巨大。

其次是波束賦形。多根天線要形成指向特定方向的波束,需要精確控制每根天線的相位和幅度。這涉及到復(fù)雜的算法和大量的計(jì)算。

5G基站配備的處理器性能要比4G強(qiáng)得多,就是為了支撐這些計(jì)算。但即使這樣,要實(shí)時(shí)處理幾十個(gè)波束、服務(wù)幾十個(gè)用戶,計(jì)算壓力還是很大。

再次是3D波束賦形。傳統(tǒng)天線只能控制水平方向的波束,5G要同時(shí)控制水平和垂直兩個(gè)方向。這需要天線陣列是個(gè)平面,而不是一排。

平面陣列的安裝和調(diào)試比線性陣列難多了。而且平面陣列的尺寸更大、重量更重,對鐵塔的承重也提出了更高要求。很多老舊的鐵塔承受不了5G天線的重量,需要加固甚至重建。

我參與過幾個(gè)5G基站的建設(shè),發(fā)現(xiàn)鐵塔加固是個(gè)很大的工程。有的鐵塔建了十幾年了,結(jié)構(gòu)老化,加固起來很麻煩。有的干脆重建,成本就更高了。

最后是干擾管理。這么多天線同時(shí)工作,相互之間的干擾怎么控制？跟相鄰基站的天線怎么協(xié)調(diào)？這都需要精細(xì)的算法和實(shí)時(shí)的調(diào)整。

5G引入了很多智能化的干擾管理技術(shù),比如自適應(yīng)波束賦形、智能功率控制等。但實(shí)際部署中,要把這些技術(shù)調(diào)到最優(yōu),需要大量的測試和優(yōu)化工作。

我認(rèn)識個(gè)做網(wǎng)優(yōu)的工程師,他說5G網(wǎng)優(yōu)比4G難多了。4G可能調(diào)幾個(gè)參數(shù)就行,5G要調(diào)幾十個(gè)參數(shù),而且參數(shù)之間相互關(guān)聯(lián),調(diào)一個(gè)參數(shù)可能影響到其他好幾個(gè)。沒有幾個(gè)月的經(jīng)驗(yàn),根本搞不定。

挑戰(zhàn)七：軟件定義網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

前面提到過SDN和NFV,這是5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要?jiǎng)?chuàng)新,但部署起來也有挑戰(zhàn)。

SDN(Software Defined Network)是軟件定義網(wǎng)絡(luò),把網(wǎng)絡(luò)的控制平面和數(shù)據(jù)平面分離,通過軟件來靈活控制網(wǎng)絡(luò)行為。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)里,每臺路由器、交換機(jī)都有自己的控制邏輯,要修改網(wǎng)絡(luò)配置,得逐臺設(shè)備去改,既麻煩又容易出錯(cuò)。

SDN把控制邏輯集中到一個(gè)控制器上,所有設(shè)備都聽控制器的指揮。要修改配置,只需要在控制器上操作,幾秒鐘就能下發(fā)到所有設(shè)備。

這種架構(gòu)靈活性很高,特別適合5G的網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用。不同的業(yè)務(wù)需要不同的網(wǎng)絡(luò)特性,通過SDN可以快速創(chuàng)建、修改、刪除網(wǎng)絡(luò)切片,滿足各種需求。

但SDN也有問題。首先是控制器成了單點(diǎn)故障,控制器掛了,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就癱了。所以必須有冗余,通常是部署多個(gè)控制器互為備份。

其次是安全性。控制器掌控整個(gè)網(wǎng)絡(luò),如果被黑客攻破,后果不堪設(shè)想。所以控制器的安全防護(hù)必須做到極致。

我聽說過一個(gè)案例,某個(gè)SDN網(wǎng)絡(luò)的控制器被黑客入侵了,黑客修改了路由策略,把所有流量都導(dǎo)向了一個(gè)假的DNS服務(wù)器,用戶訪問任何網(wǎng)站都被劫持到釣魚網(wǎng)站。雖然很快就發(fā)現(xiàn)并處理了,但已經(jīng)造成了很大影響。

NFV(Network Function Virtualization)是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化,把原來需要專用硬件實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能,用軟件在通用服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。

比如防火墻、負(fù)載均衡器、深度包檢測設(shè)備,原來都是專用的硬件盒子,又貴又不靈活。NFV把這些功能虛擬化,運(yùn)行在通用的x86服務(wù)器上,成本大大降低,擴(kuò)展也方便。

我參觀過一個(gè)NFV部署的機(jī)房,幾十臺服務(wù)器,運(yùn)行著幾百個(gè)虛擬網(wǎng)元。如果是用傳統(tǒng)硬件,得擺滿整個(gè)機(jī)房,而且每次擴(kuò)容都要采購新設(shè)備?，F(xiàn)在只需要加幾臺服務(wù)器,或者升級軟件,就能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容,方便多了。

但NFV也有挑戰(zhàn)。虛擬化會(huì)帶來性能損耗,雖然現(xiàn)在的虛擬化技術(shù)已經(jīng)很成熟,損耗可以控制在10%以內(nèi),但對于一些性能敏感的網(wǎng)元,還是個(gè)問題。

而且虛擬化的管理也很復(fù)雜。幾百個(gè)虛擬網(wǎng)元,怎么調(diào)度？怎么監(jiān)控？怎么升級？都需要專門的管理系統(tǒng)。

我認(rèn)識個(gè)做NFV的工程師,他說最頭疼的就是故障定位。傳統(tǒng)硬件設(shè)備,出了問題很好查,燈不亮了就是硬件壞了。虛擬化的網(wǎng)元,出了問題可能是軟件bug,可能是底層服務(wù)器問題,可能是網(wǎng)絡(luò)問題,排查起來很麻煩。

不過總的來說,SDN和NFV是5G網(wǎng)絡(luò)的重要方向,雖然現(xiàn)在還有些問題,但隨著技術(shù)成熟,會(huì)越來越好用。

第五部分：課后總結(jié)

好,第一講的內(nèi)容基本就是這些。咱們回顧一下要點(diǎn):

移動(dòng)通信的演進(jìn) 從1G的大哥大到5G的萬物互聯(lián),每一代都解決了新的問題。1G能打電話,2G能發(fā)短信,3G能視頻通話,4G能高速上網(wǎng),5G要實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。這不是簡單的速度提升,而是應(yīng)用場景的全面擴(kuò)展。

5G的三大場景 eMBB(增強(qiáng)移動(dòng)寬帶)讓手機(jī)上網(wǎng)更快,支持高清視頻、VR/AR、云游戲。mMTC(海量機(jī)器通信)支持物聯(lián)網(wǎng),每平方公里100萬設(shè)備連接。URLLC(低時(shí)延高可靠)支持自動(dòng)駕駛、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療,時(shí)延1毫秒、可靠性99.999%。

關(guān)鍵性能指標(biāo) 流量密度每平方公里10TB/秒,連接密度每平方公里100萬設(shè)備,端到端時(shí)延1毫秒,移動(dòng)性支持500公里/小時(shí),能效比4G提升100倍。每個(gè)數(shù)字背后都有物理規(guī)律和實(shí)際需求在支撐。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)挑戰(zhàn) 從4G到5G的平滑演進(jìn),NSA和SA并存。BBU集中化與云化,提升協(xié)同能力。傳輸網(wǎng)擴(kuò)容,解決帶寬瓶頸。電費(fèi)成本高企,需要節(jié)能方案。頻譜資源緊張,重耕難度大。大規(guī)模MIMO技術(shù)部署復(fù)雜。SDN和NFV帶來靈活性,也帶來新的管理挑戰(zhàn)。

這些技術(shù)細(xì)節(jié)和實(shí)際問題,決定了5G不是一蹴而就的,而是一個(gè)持續(xù)演進(jìn)的過程。理解了這些,你就能判斷那些關(guān)于5G的新聞報(bào)道哪些是實(shí)錘、哪些是忽悠。

下一講,咱們會(huì)繼續(xù)深入,講講5G的無線關(guān)鍵技術(shù),包括信道編碼、調(diào)制方式、頻譜管理等更底層的東西。還會(huì)詳細(xì)講講MIMO技術(shù)的原理和應(yīng)用,這是5G最核心的技術(shù)之一。

如果你對今天的內(nèi)容有疑問,或者想深入了解某個(gè)技術(shù)點(diǎn),歡迎留言討論。記住,學(xué)技術(shù)不要怕問,問題越多說明思考得越深入。

好了,今天就到這里,咱們下次見。記得把這個(gè)帖子收藏起來,慢慢消化。5G是個(gè)大課題,一次講不完,咱們慢慢來。

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審核編輯 黃宇