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[导读]第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。

第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。

国际电信联盟(ITU)定义了5G的三大类应用场景,即增强移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(mMTC)。增强移动宽带(eMBB)主要面向移动互联网流量爆炸式增长,为移动互联网用户提供更加极致的应用体验;超高可靠低时延通信(uRLLC)主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求;海量机器类通信(mMTC)主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。

为满足5G多样化的应用场景需求,5G的关键性能指标更加多元化。ITU定义了5G八大关键性能指标,其中高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征,用户体验速率达1Gbps,时延低至1ms,用户连接能力达100万连接/平方公里。

美国正在加速推进6G的发展,原因在于它在5G技术上失利,对它的通信产业造成了深远的影响,意图加速6G的发展,实现弯道超车,然而这一目标并不容易实现。

美国通信行业领军者之一的高通发布业绩显示,今年一季度高通的技术许可部门QTL的营收达到15.8亿美元;2016年高通技术授权部门(QTL)实现营收76.64亿美元,平均每个季度收入达到19.16亿美元,对比可以看出如今高通的专利费收入已显著下降,而且这几年全球手机均价已比2016年显著上涨,按手机售价收取的高通专利费收入却下降了。导致高通的专利费收入下滑,在于高通在4G时代之后的专利优势持续被削弱。4G标准由中国和欧洲合作推出的LTE取得了胜利,高通力推的UMB和Intel力推的wimax失败,由此中国和欧洲取得了更多4G专利;至于5G,则是由中国企业取得领先优势,华为更是在5G专利方面居于第一名。

当年高通在2G、3G取得专利优势,在于它垄断了CDMA专利,只要使用了CDMA专利,就得给高通缴纳专利费,而2G时代CDMA为两大2G标准之一,3G三大技术都以CDMA为核心技术,由此高通奠定了它的专利费收费模式,如今它在5G技术上不占优势导致专利费模式已不可持续。为了发展出差异化的5G技术,美国力推5G毫米波技术,全球主流的5G技术则是5G厘米波技术,由于5G毫米波技术的基站覆盖面积太小以及信号容易被阻挡,导致美国运营商也不愿大规模建网,美国运营商T-Mobil仅是将5G毫米波技术用于固网宽带的补充,用于固网宽带的最后100米接入,而运营商用于移动通信的5G则是厘米波和低频5G技术。

截至如今美国建成的5G基站数量相当有限,而中国建成的5G基站数量占全球5G基站数量的比例高达六成,5G商用进展缓慢已对美国的AI、自动驾驶、物联网等技术造成深远的影响,美国科技界担忧这将阻碍美国新兴科技的发展,为此美国开始加速6G技术的发展,希望实现反超。中国从4G、5G技术的发展中享受到了科技创新带来的好处,因此中国通信业界早早就开始了对6G的研发,由此中国在6G专利申请方面已居于领先地位。

2021年9月日本媒体统计的全球6G专利申请数据,显示中国占据了40.3%的专利申请量,位居全球首位;美国以35.2%的份额位居第二,日本则以9.9%的份额位居第三,可见在6G专利方面,美国同样不占据优势。移动通信技术的发展属于一代代演进,此前的几代移动通信技术的发展就是如此,毕竟技术不可能凭空出现,总要基于原有的技术进行改进,运营商也不希望完全废弃原有的投资,通信设备商也希望原来的专利还能利用一下,在各方的合力下都是基于原有的移动通信技术稳步向前发展。

在4G技术上更能体现这一点,当时美国的高通推出了UMB希望延续CDMA专利优势,Intel则推出的wimax试图延续WiFi专利,中国和欧洲合作推了LTE技术,后来UMB失败了,高通并没支持Intel的wimax,而是考虑到自己在移动通信技术方面的利益支持了TD-LTE,TD-LTE由此击败了wimax。

5G将会更快

5G的频谱效率

从无线通信开始,大家要解决的问题就是:怎么在有限的频谱资源内容纳更多的用户?同时让每个用户传递更多的信息。这就涉及到无线通信中三大主流复用技术:FDMA(频分多址)、TMDA(时分多址)和CDMA(码分多址)。三大技术大大提升了频谱利用效率,而5G技术其实是2G、3G、4G技术的大融合,将各种技术的优势结合在一起。

5G的信号覆盖

说到信号覆盖就涉及到了基站的概念,基站就是我们通过手机连接到运营商网络的设备,连接到运营商的网络之后,我们才能实现打电话、发短信和上网。

基站与我们通过无线电信号进行连接,通常一个基站的覆盖范围是一个以基站为圆心的一个圆,在这个圆之内的手机都可以被这个基站的信号所覆盖。而5G基站又有宏基站和微基站之分

宏基站: 5G基站是5G网络的核心设备,提供无线覆盖,实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。宏基站需要单独的机房和铁塔,设备、电源柜、传输柜、和空调等分开部署,体积较大。

微基站: 为了解决5G基站覆盖面积不足的问题,微基站成为宏基站的有效补充,主要是微基站信号发射覆盖半径较小,适合小范围精确覆盖。微基站主要专注热点区域的容量吸收和弱覆盖区的信号增强,信号覆盖范围从十几米到几百米

微基站

而最终的目的,都是为了服务终端。

终端:5G各类终端接收5G无线信号。5G技术允许终端之间在没有基础网络设施的情况下,利用小区资源直接进行通信,这便是D2D技术,也叫终端直通。它能够提升通信系统的频谱效率,还可以有效降低终端发射功率,减小电池消耗,延长手机续航时间等。

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