5G是由國際電信聯盟的IMT-2020標準定義的無線協議。該標準的最新迭代稱為5G NR。于此之后，當提到“5G”時，學術界更多的將會談論5G NR標準。

那些枯燥乏味的語義已經讓一部分人無法真正理解5G,更無法把它當成有趣的東西，以及過于炒作它將如何影響你的生活。

5G與4G LTE的區別

5G與現在普通4G LTE之間最重要的區別之一是頻率分配增加。

4G-LTE蜂窩塔

在擁擠和電子噪聲區域中確定網絡速度的一個重要特征是為其分配了多少電磁頻譜。通常，具有更多分配頻譜的網絡可以支持更多并發連接，從而提升所有各方的網絡速度。美國主要運營商互相競標，從其他公司和美國政府購買部分頻譜。運營商僅僅購買幾兆赫就得花費數十億美元。

LTE信號的頻率范圍從大約700 MHz到2.5 GHz。通常，較低頻率的波具有更多的遠距離傳輸數據的能力，因此對載波更有價值，因為單個蜂窩站點可以覆蓋更多的客戶。然而，這取決于對速度的權衡，因為更高頻率的網絡支持更高的數據傳輸速率。

5G NR指定了兩個創造性的命名：頻率范圍1（FR1）和頻率范圍2（FR2）的網絡頻段。FR1涵蓋了我們所熟知的當前頻譜：頻率低于6 GHz。這部分電磁頻譜包括從AM / FM無線電一直到快速5 GHz雙頻Wi-Fi的所有內容。

新增功能FR2包括24 GHz以上的“毫米波”頻率。這部分頻譜用于從衛星來回傳輸數據，用于沿海岸的雷達設施等等。

美國頻率分配圖

這些上述毫米波FR2頻段允許載波從擁擠的FR1頻段中消除大部分壓力。唯一的問題是你基本上需要能夠看到天線才能獲得任何可用的連接，所以除了網絡擁塞最嚴重的密集城市環境之外，這毫無用處。FR2頻段也將促進更快的數據傳輸速率。

哈佛學者Alex Wulff認為：5G不會從根本上改變手機上可用的服務類型。移動上網用戶們不會突然能夠在一秒鐘內下載多GB文件。可以期待的是速度和功能的提升與3G從4G的轉變相當。這將是一個重大的轉變，但僅僅如此不足以推動世界大的變革。

IMT-2020 5G標準要求最高速率為20 Gbps（每秒十億比特），或比“千兆”（1 Gbps）寬帶連接快約20倍。LTE標準要求最高速度為300 Mbps，但即使您距離蜂窩塔只有幾百米，實際上也可能只有十分之一。

因此，5G速度的提升，對于自動駕駛汽車這樣的增加速度的好處完全是過度炒作。您不能指望5G的“移動寬帶”部分超出傳統住宅寬帶的范圍，傳統住宅寬帶本身并不比4G LTE好多少。

5G仍然會對社會產生重大影響，盡管你可能不會直接看到它。5G標準中最令人興奮的部分是它專注于快速，安全和可靠通信的新應用。

具體而言，5G NR標準將目標用例分為三組：

增強型移動寬帶（eMBB）：這是我們迄今為止一直在討論的傳統小區服務。

大規模機器類型通信（mMTC）：這一部分的名稱暗示了物理上較大的機器，但更多地將其視為小型廉價連接設備的網絡。

超可靠和低延遲通信（uRLLC）：該部分由要求無與倫比的可靠性和響應時間的連接組成。

Alex Wulff堅信5G的真正影響將在這些服務的統一中得到最大的體現。這三類通常需要單獨的網絡基礎設施：用于eMBB的傳統小區服務，用于mMTC的LoRaWAN和Sigfox等服務，以及用于uRLLC的專用以太網/光纖鏈路。5G代表所有這些不同部分大體統一為一個網絡結構。

大規模機器類通信

這一部分代表了許多人傳統上認為的“物聯網”。從拖拉機傳感器到連接的烤面包機的所有東西都需要連接到互聯網，目前有多種方法可以做到這一點。傳統的Wi-Fi在家庭環境中運行良好，但電池供電的設備有許多要求，Wi-Fi和蜂窩技術無法滿足（功耗和范圍）。

LoRaWAN和Sigfox的技術正在尋求通過低功耗廣域網（LPWAN）來解決這個問題。您可以將這些網絡視為與傳統小區服務類似，只需支持更遠距離通信，其功耗和數據傳輸速率遠低于常規小區服務。然而，雖然目的相似，但這些LPWAN網絡的基本規范都沒有與4G標準共享。這意味著公司需要專門投資LoRa或Sigfox調制解調器才能將數據傳輸到互聯網。此外，網絡覆蓋主要限于美國主要城市。

負責LTE的標準化機構預計這些用例已經部署了LTE-M和NB-IoT的標準，與其他LPWAN網絡不同，它們受到美國主要運營商的支持。這兩個網絡標準也是5G物聯網標準的組成部分。

使5G成為IoT最佳的砝碼，另一個因素是設備密度，5G網絡將支持每平方公里多達1,000,000個連接，或足夠的容量將連接互聯網的傳感器放在最密集的森林中的每棵樹上。

超可靠和低延遲通信

5G研究機構們預測2020年全球將進入5G商用服務元年，而真正要實現其商用，它需要解決超可靠和低延時兩大問題。

延遲是信號通過網絡傳播所需的時間。這不是數據傳輸率的同義詞，盡管兩者有些相關。蜂窩連接情況下的延遲也不是由發射機的物理距離引起的。

網絡中的延遲通常以毫秒為單位進行測量。對于傳統的網絡服務，與所討論的服務器的距離確實會產生明顯的差異，盡管這種延遲的大部分原因還在于處理長途請求所需的計算機數量增加。

蜂窩網絡的延遲仍然以毫秒為單位進行測量，這通常是指電話數據通過蜂窩塔的通信硬件傳播到網絡所需的時間。4G實現了20ms的延遲，而uRLLC的規格不到1ms。

結合更穩定的網絡可靠性，5G已然成為眾多有趣應用的理想平臺。以自動駕駛汽車為例：使用4G，您最多可以在100毫秒內將數據包從一輛汽車發送到另一輛汽車，大約50毫秒來處理數據包并發送到手機信號塔，另外50毫秒將數據包發送到目標汽車。如果這個信息包正在通往周圍其他車輛的道路上，那么這個延遲太高了。

相比之下，5G NR 將支持直接通信模式 ，使這些車輛能夠在幾毫秒內共享信息。工程師可以擴展同樣的原則，以確保工業環境中的安全性和增強功能。

總結

總之，5G不僅僅是速度增量的提升；5G代表著網絡基礎設施的大規模統一和擴展，將在未來幾年內連接我們的社會。在接下來的幾年里，對于各區域5G試點的采用以及小范圍商用，為籌備大規模的5G部署成為了可能，屆時共睹5G物聯網將會以何種生態改變我們的世界，值得滿懷期待。