如果用岳云鵬《五環(huán)之歌》的方式述說 5G,感覺復(fù)雜的事情變得簡單了。然而,每一代通信技術(shù)變革又何曾簡單過呢?
正如 Qorvo 亞太區(qū)市場高級經(jīng)理 Lawrence Tao(陶鎮(zhèn))所言:“從 2G 到 3G,3G 到 4G,以及從 4G 到 5G,對普通大眾而言,這僅僅是簡單的數(shù)字增加,實際上這涉及到了調(diào)制方式根本性的改變。”
千面 5G
雖然中國 5G 元年(2019 年)已經(jīng)過去,但我們不得不承認(rèn)一個事情,那就是各行各業(yè)對于 5G 的認(rèn)知有著不小的偏差。認(rèn)可 5G 的人看到的是其身上諸多的優(yōu)點,他們都信奉“4G 改變生活,5G 改變社會”這個觀點。
說到 5G 的優(yōu)點,愿景層面當(dāng)然就是 5G 應(yīng)用的三大場景:eMBB(增強(qiáng)移動寬帶)、URLLC(低時延高可靠)以及 mMTC(海量大連接)。
在三大應(yīng)用場景背后,實際上彰顯的是 5G 在網(wǎng)絡(luò)性能方面的優(yōu)勢。作為移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的第五代網(wǎng)絡(luò),在超高速率方面,5G 速率最高可以達(dá)到 4G 的 100 倍,實現(xiàn) 10Gb/ 秒的峰值速率;在超低時延方面,5G 的空口時延可以低到 1 毫秒,僅相當(dāng)于 4G 的十分之一,遠(yuǎn)高于人體的應(yīng)激反應(yīng);在超大連接方面,5G 每平方公里可以有 100 萬的連接數(shù),與 4G 相比用戶容量可以大大增加。
而不認(rèn)可 5G 的人他們也有自己的論點,那就是“5G 無用論”。深究背后的原因你會發(fā)現(xiàn),認(rèn)可 5G 的人看到的是 5G 未來的價值,而不認(rèn)可 5G 的人看到的是 5G 當(dāng)下的“乏力”。
對于不認(rèn)可 5G 的人而言。To C 端 4G 已經(jīng)能夠支撐當(dāng)前所有的手機(jī)應(yīng)用,沒有任何一款 APP 只能在 5G 網(wǎng)絡(luò)下運(yùn)行,在 4G 網(wǎng)絡(luò)下就玩不轉(zhuǎn)的。To B 端在工業(yè)場景中千兆光纖穩(wěn)定的不行,換 5G 的興致也不高。
目前,5G 還是一個千人千面的技術(shù),但想想任何事物有了一個 5G 模組就可以接入一張無處不在、無縫連接的無線網(wǎng)絡(luò)中,數(shù)據(jù)匯集到相同的核心網(wǎng),這確實將是人類歷史上的一次壯舉。
5G 升級,射頻器件的一次大考
在討論 5G 的現(xiàn)在和未來時,基礎(chǔ)建設(shè)以及設(shè)備普及是必須要探討的環(huán)節(jié),在這個過程中,射頻器件的作用不容忽視。
陶鎮(zhèn)分享了功率放大器和天線陣列需要面臨的挑戰(zhàn)。首先是 5G 通信要求有 256- QAM,未來甚至是 1024-QAM,而現(xiàn)在的 4G 則是 64-QAM。
QAM 是 Quadrature Amplitude Modulation 的縮寫,是一種在兩個正交載波上進(jìn)行幅度調(diào)制的調(diào)制方式,代表著設(shè)備在連接時的數(shù)據(jù)吞吐。
QAM 發(fā)射信號集可以用星座圖來進(jìn)行表示,由于數(shù)字通信中數(shù)據(jù)常采用二進(jìn)制,因此星座點的個數(shù)一般是 2 的冪,常見的 QAM 形式有 16-QAM、64-QAM、256-QAM 等。2 的冪越大,同一個符號攜帶的信息就越多,因此傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱蟆?/p>
4-QAM、16-QAM、64-QAM
大家已經(jīng)知道 256- QAM 會比 64-QAM 有更高的數(shù)據(jù)傳輸量,而 5G 通信要求有 256- QAM,未來甚至是 1024-QAM。這樣的要求給射頻器件提出了新的難題,再加上頻譜增加和頻譜兼容,要實現(xiàn) 5G 通信,射頻器件的壓力可想而知。
陶鎮(zhèn)認(rèn)為,這是從通信基本原理的角度去解釋 5G,對功率放大器有很大的影響。他表示:“調(diào)制方式越復(fù)雜,意味著它對線性化設(shè)計的要求越高。從整個系統(tǒng)鏈路級的角度來看,功率放大器是最后一級,最主要是用來放大信號的。但除此之外,功率放大器還要保證信號不失真,因此線性指標(biāo)是功率放大器設(shè)計的最重要指標(biāo)之一。”
也就是說,5G 所要求的 256- QAM 能夠傳輸更多的信息,功率放大器既要對這些信號進(jìn)行放大,同時還要不失真,設(shè)計上的困難是顯而易見的。“對功率放大器而言,效率和線性度是成反比的。當(dāng)你效率做的很高時,線性度就會變差;而當(dāng)你提高了線性度,那么效率可能會下降。但 256- QAM 對于 5G 時代的功率放大器而言是硬性指標(biāo),3GPP 的規(guī)范和運(yùn)營商的入網(wǎng)測試同樣是硬性指標(biāo),為了完成這些指標(biāo),某些性能可能會妥協(xié),比如效率上的妥協(xié)。” 陶鎮(zhèn)講到。
其次是天線陣列,大規(guī)模天線技術(shù)(Large Scale Antenna System,或稱為 Massive MIMO)是實現(xiàn) 5G 的一項關(guān)鍵技術(shù)。
想要了解 Massive MIMO 技術(shù),首先需要搞清楚什么是波束成形。波束成形是天線技術(shù)與數(shù)字信號處理技術(shù)的結(jié)合,目的用于定向信號傳輸或接收。從基站方面看,這種利用數(shù)字信號處理產(chǎn)生的疊加效果就如同完成了基站端虛擬天線方向圖的構(gòu)造。有了波束成形技術(shù),發(fā)射能量可以匯集到用戶所在位置,而不向其他方向擴(kuò)散,并且基站可以通過監(jiān)測用戶的信號,對其進(jìn)行實時跟蹤,使最佳發(fā)射方向跟隨用戶的移動,保證在任何時候手機(jī)接收點的電磁波信號都處于疊加狀態(tài)。
大規(guī)模天線陣列正是基于多用戶波束成形的原理,在基站端布置幾百根天線,對幾十個目標(biāo)接收機(jī)調(diào)制各自的波束,通過空間信號隔離,在同一頻率資源上同時傳輸幾十條信號。
massive MIMO 給射頻器件帶來很多難題。首先,采用 3D 陣列部署天線波束對齊問題就是一大挑戰(zhàn);其次,大量使用模擬元器件必然會帶來非理想失真;第三,massive MIMO 一直以來都存在的導(dǎo)頻污染……陶鎮(zhèn)談到了 massive MIMO 的復(fù)雜性,“massive MIMO 意味著每個天線都有一個鏈路通道,比如 64T64R 就意味著整個天線陣列需要有 64 個完整的射頻前端鏈路,也就是基站里每個鏈路都要有放大器、濾波器、變頻器、匹配電路,以及接觸鏈的第三方。從這個角度講,5G 基站使用射頻器件要比 4G 基站多很多。”
增量用戶是重中之重
5G 基建正在鋪天蓋地進(jìn)行的同時,5G 應(yīng)用也在循序漸進(jìn)。移遠(yuǎn)通信 5G 產(chǎn)品總監(jiān)吳冰認(rèn)為,目前我們說的 5G 以eMBB 和 uRLLC 為主,側(cè)重于高帶寬、低延時、高性能。有關(guān) mMTC 是另一個演進(jìn)方向,側(cè)重于低功耗、大連接,多用于窄帶接入。
5G 元年之后,筆者非常同意吳冰的觀點,是否上 5G 還是按需來定,而不是因為 5G 來了就搭載。在他看來,5G 這種循序漸進(jìn)式的發(fā)展也反應(yīng)在 5G 自身的頻譜迭代上。目前,全球大部分國家部署 5G 都選擇了 FR1 頻段,頻率范圍是 450MHz 到 6GHz,集中于 3GHz-4GHz 頻段,業(yè)者更愿意將其稱為 Sub-6 頻段。只有個別的國家選擇了 FR2 頻段,頻率范圍是 30-300GHz,業(yè)界將其稱為毫米波頻段。
在性能對比上,毫米波頻段速度快、容量大、無延遲,但有一個顯著的缺點是覆蓋受限,技術(shù)難度高,因此基建成本會非常高,給運(yùn)營商很大的壓力。
“我認(rèn)為 5G Sub-6 的性能已經(jīng)滿足了大部分場景對高帶寬、低延時的需求,能在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)滿足大部分應(yīng)用的需求,跨度至少十年以上。” 吳冰在 5G 頻譜選擇上有非常明確的觀點。
他對此進(jìn)一步講到:“大家可以留意三大運(yùn)營商的規(guī)劃,到 2025 年一直都是大力建設(shè)階段。毫米波和 Sub-6 應(yīng)用場景替代性比較低,毫米波更多的是補(bǔ)盲、熱點和特殊應(yīng)用覆蓋。至于成本,更快更高更強(qiáng)就意味著成本會更高,關(guān)鍵是模組性能帶來的提升是不是能夠給客戶帶來價值,所以我們一直說 5G 更適合行業(yè)應(yīng)用。”
而在發(fā)力點上,吳冰認(rèn)為 5G 從業(yè)者應(yīng)該重視增量用戶。“5G 從業(yè)者更應(yīng)該對市場敏感,更關(guān)注趨勢。5G 的客戶來源有兩部分,一部分是原來的 4G、4G+存量升級用戶,另一部分是傳統(tǒng)的單機(jī)、有線網(wǎng)絡(luò)增量用戶。這些增量用戶是未來 5G 各行業(yè)應(yīng)用落地的重中之重。” 他講到。
DRAM 和 NAND 仍將是 5G 時代的“常青樹”
5G 最大的魅力在于它對于數(shù)據(jù)產(chǎn)生、傳輸和處理方式的改變,因此作為全球領(lǐng)先的存儲產(chǎn)品制造商,美光將 5G 時代定義為存儲的黃金時代。美光科技移動產(chǎn)品事業(yè)部市場副總裁 Christopher Moore 指出:“當(dāng)今與日俱增的數(shù)據(jù)量使我們的內(nèi)存和存儲產(chǎn)品進(jìn)入黃金時代。需求從未如此旺盛。”
5G 元年之后,隨著數(shù)據(jù)體量、種類和形式的爆發(fā)增長,物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用將井噴式涌現(xiàn),這些數(shù)據(jù)如何存儲確實是一個問題。
Christopher Moore 認(rèn)為,5G 最關(guān)鍵的特性是大大縮短延遲。“對于路徑上的每個計算、通信和內(nèi)存 / 存儲設(shè)備而言,滿足這種端到端的延遲需求是一個巨大挑戰(zhàn)。延遲需要提升一個數(shù)量級。以前是 1 秒,現(xiàn)在是 1 毫秒(ms)。以前是 1 毫秒,現(xiàn)在是 1 微秒(μs)。”
Christopher Moore 補(bǔ)充道,5G 網(wǎng)絡(luò)的部署是智能邊緣的關(guān)鍵使能因素——在不斷增長的互聯(lián)系統(tǒng)和設(shè)備中,被分析和匯總數(shù)據(jù)需要靠近捕獲數(shù)據(jù)的地方。由于在低時延下有更多的數(shù)據(jù)帶寬可供更多的設(shè)備使用,所以在智能設(shè)備之間、基礎(chǔ)設(shè)施與智能設(shè)備之間可以進(jìn)行更多的自主協(xié)調(diào)。1 毫秒的時延很重要,因為這可以實現(xiàn)在整個網(wǎng)絡(luò)上的實時控制,從而消除了操作遠(yuǎn)程設(shè)備時的“視頻卡頓”。
更大的數(shù)據(jù)規(guī)模,更低的延遲要求,5G 所賦能的各個應(yīng)用都給存儲產(chǎn)品提出了更高的要求。我們從采訪中獲悉,美光正在研究內(nèi)存和存儲領(lǐng)域的所有新技術(shù)應(yīng)對這一新挑戰(zhàn),目標(biāo)是通過在系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用級別上引入與行業(yè)拐點相匹配的新技術(shù)。但 Christopher Moore 表示:“我們的研究(如下圖所示)表明,DRAM 最適合低延遲易失性應(yīng)用。NAND 最適合密集形高性能存儲,尤其是業(yè)界在同時投資 TLC 和 QLC 的情況下。通過創(chuàng)新研發(fā)和大量的資本投資,未來十年,DRAM 和 NAND 將繼續(xù)在層次結(jié)構(gòu)的‘頂部’和‘底部’發(fā)揮作用。3DXPoint 技術(shù)跨入了非易失性能領(lǐng)域,從而在內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)中開辟了新的一層。業(yè)界正在(使用稱為 PMEM.IO 的東西)編寫新的操作系統(tǒng),以利用這一層,新的應(yīng)用程序也正在編寫,以便直接與該層(稱為 DAX)進(jìn)行對話。這些新的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序?qū)?yōu)化他們在 DRAM、NAND 和 3DXPoint 技術(shù)中的數(shù)據(jù)放置,滿足 5G 帶來的新應(yīng)用需求。”
美光對各種存儲技術(shù)的研究和對比
在 5G 推進(jìn)的過程中,新興存儲技術(shù)確實時常出現(xiàn),不過 Christopher Moore 認(rèn)為新技術(shù)的應(yīng)用還需要時間去驗證。“就新興技術(shù)而言,RRAM 是一種有趣的具有較低延遲的塊存儲技術(shù),其高密度帶來的經(jīng)濟(jì)性是否會促進(jìn)大面積的市場部署還有待觀察。STTRAM 是另一種新技術(shù),但與 DRAM 相比,其延遲和能耗略高,可擦寫次數(shù)較低,并且在密度方面存在實施挑戰(zhàn)。STTRAM 具有易于與邏輯半導(dǎo)體工藝集成的優(yōu)勢。Logic+STTRAM 在業(yè)界的應(yīng)用也還有待觀察。新興內(nèi)存技術(shù)的研究和創(chuàng)新是令人興奮的,但是要趕超 DRAM 和 NAND 還需要一段時間。”他對此講到。
好或不好,5G 都已迎面而來
根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)顯示,從 2020 年到 2035 年,5G 將為全球年度 GDP 創(chuàng)造凈值貢獻(xiàn)達(dá) 2.1 萬億美元,這個數(shù)字相當(dāng)于印度目前的 GDP——印度目前是全球第七大經(jīng)濟(jì)體。
面對這種權(quán)威的數(shù)據(jù)預(yù)測,聰明的人是不會用自己的“紅燈思維”去質(zhì)疑 5G 的潛力的,就像今天回看當(dāng)年質(zhì)疑 4G 的那群人一樣。用大眾感覺最強(qiáng)烈的智能手機(jī)來看,TechCrunch 調(diào)查報告預(yù)計,全球 5G 手機(jī)出貨量將于 2023 年到達(dá)約 8 億部,超越 4G 手機(jī)。
5G 到底有沒有用?且看,且用,且評。
責(zé)任編輯:pj
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