三大場景奠定核心競爭力

在第一節，我們詳細介紹了5G技術標準的制定過程，也提到了各個階段不同版本的Release。盡管5G最終的標準還沒有完全確定，很多技術細節還需要進一步完善，但在國際電信聯盟的愿景中，有一點是確定的，那就是5G將面向增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）和超高可靠低時延通信（uRLLC）三大場景進行全面提升，這其中包括峰值速率、移動性、時延等能力，于是，高速度、海量設備、低時延就成了被廣為接受的5G三大場景。

eMBB：增強移動寬帶

eMBB全稱是Enhanced Mobile Broadband，也就是增強移動寬帶，其核心含義是在現有的移動寬帶業務場景的基礎上，進一步提升用戶數據體驗速度，這也是人們提起5G時最直觀的印象。4G的平均下載速度可以達到30～50Mbps，用手機下載一部1G的視頻用時通常也不過幾分鐘，用戶體驗比較好。但是在人群密集的地方，比如車站、大型會議現場等，你會明顯感覺到網速的下降，簡單來說就是帶寬不夠用了。根據香農第二定律，如果信息傳輸率超過了信道容量，就不可能實現可靠的傳輸。所以，為了滿足上述情景中的信息傳輸需求，就必須增加無線通信的帶寬。目前，全世界范圍內4G通信的頻率大概在1000MHz（兆赫茲）到2000MHz之間，如果向下擴展，帶寬可增加的空間很有限，而且還要考慮到有些頻率已經被占用了，擴展空間還將進一步被壓縮。所以，向上往更高頻率去擴展，就是很自然的選擇了。

至于選擇哪個頻率，目前有兩種聲音，一是由華為及其同盟提出來的6000MHz，即剛剛比無線網Wi-Fi高一些，我們都知道目前Wi-Fi一般工作在兩個頻段，即2.4GHz和5.0GHz（也就是2400MHz和5000MHz）。這個方案能夠比較好地利用4G資源，繞過障礙物的能力強，而且技術也相對簡單，很適合應用于和4G相結合的過渡型5G，也就是我們在前文所提到的NSA模式。二是由高通及其同盟提出來的28GHz，這個方案直指未來的SA模式，好處是在這么高的頻段上，信號不會與現有的任何無線通信信號產生干擾，而且帶寬可以擴得非常大，但是這個方案技術要求很復雜，信號的傳輸距離大大縮短，所要求的基站密度也大大增加。

總結一下，5G的高速率，主要來自無線信號頻率的向上拓展所帶來的帶寬增加。網速變快給人們的生活方式所帶來的巨大改變，我們已經從4G窺見一二，比如短視頻和直播的爆發，基本上只要在有4G網絡的地方，人們就可以用手機刷短視頻和看直播，這在3G時代是難以想象的。那么，5G又將催生哪些改變人們生活方式的行業呢？目前，比較明確的趨勢之一就是4K、8K高清視頻直播，這將大大提升用戶體驗。更讓人們期待的是那些還沒有被我們看到，但是一旦出現就會極大改變我們生活方式的新產業。在憧憬未來時，不確定性或許比確定性更讓人激動。

mMTC：海量機器類通信

mMTC，全稱是massive Machine Type of Communication，即海量機器類通信，有時也被稱為大規模物聯網，其核心含義就是能夠支持單位面積更大數量設備的連接。5G每平方公里可以支持100萬的連接數，相比之下，4G每平方公里只能支持2000左右的連接數，可見5G的設備連接能力完全突破了傳統的人與人之間的通信，使人與物、物與物的大規模通信成為可能。

機器類通信（MTC）是實現萬物互聯的關鍵之一，對帶寬和通信的實時性、可靠性有較高的要求。在3GPP對MTC的定義中，MTC是一種數據通信形式，它涉及一個或多個不需要人機交互的實體，與傳統移動網絡通信相比，MTC成本更低，而且可以實現海量連接。MTC涉及兩種主要通信場景，一是MTC設備與一個或多個MTC服務器進行通信（一對一或一對多）；二是MTC設備與設備之間進行通信（多對多）。mMTC屬于MTC的一種，主要涉及的是第二種多對多的通信場景。同時，作為5G三大場景之一，mMTC擁有可拓展和靈活的帶寬，屬于低速率傳輸，主要面向以傳感器和數據采集為目標的應用場景。

要實現海量機器之間的通信，無線傳輸技術是關鍵。5G的mMTC場景為了滿足海量連接及數據采集的服務需求，誕生了許多種無線傳輸技術，包括NOMA（非正交多址接入）、NB-IoT（窄帶物聯網）、LoRa（遠距離無線電）、SCMA（稀疏碼多址接入）以及CS（壓縮感知）等。每一種技術都有各自的特點，適用于不同的機器通信場景。

mMTC的具體應用場景非常豐富，比如智能家居，不僅家里所有的智能設備都可以互相連接，通過一部手機或者音箱等設備就可以簡單控制，而且某一個設備與其制造商也是連接的，假如你用的是小米品牌的空氣凈化器，小米后臺也能夠檢測到室內的空氣質量，如果過于干燥，小米加濕器就會自動打開。這都是未來非常可能出現的生活場景，而更廣泛的mMTC場景還包括智慧交通（實時采集車輛、司機、行人、道路傳感器和攝像機等海量數據，幫助優化交通流量分配）、智慧電表（自動記錄電力、煤氣或水的消耗量，并將數據自動傳輸到相應的公用事業單位）等。

uRLLC：超高可靠低時延通信

uRLLC，全稱是ultra Reliable Low Latency Communications，即超高可靠低時延通信，其核心含義是能夠支持更低的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。時延方面，uRLLC場景下端到端時延約為4G的1/5，可以達到1～10毫秒，基站與終端間甚至可以達到上下行均為0.5毫秒的用戶面時延。可靠性方面，5G uRLLC的可靠性指標是用戶面時延1毫秒內一次傳送32字節包的可靠性為99.999%。

網絡時延來自上行鏈路和下行鏈路兩個方向，簡單理解就是我們通常所說的上傳和下載，5G的uRLLC通過采用以下幾種主要技術來實現更低的時延：（1）引入更小的時間資源單位，比如mini-slot；（2）上行接入采用免調度許可的機制，終端可直接接入信道；（3）支持異步過程，以節省上行時間同步開銷；（4）采用快速自動請求重傳（HARQ）和快速動態調度等。

在提升系統的可靠性方面，5G uRLLC采用的技術包括：（1）采用更魯棒的多天線發射分集機制；（2）采用魯棒性更強的編碼和調制階數（MCS，也就是調制與編碼策略選擇），以降低誤碼率；（3）采用超級魯棒性信道狀態估計。所謂魯棒，是Robust的音譯，也就是強壯的意思。

總而言之，低時延和高可靠性使得5G uRLLC具備了非常可觀的應用前景，比如無人駕駛、工業應用和控制、遠程制造、遠程手術等高度延遲敏感型業務。以無人駕駛為例，傳統汽車在行駛過程中，剎車減速時，尾部紅燈會立即亮起來，轉向時也要求打開轉向燈，這都是為了給后面的車輛一個信號，讓司機有所準備。但車輛行駛速度越來越快，從前車打燈到信號傳遞到后車司機的眼睛，再到大腦反應、司機采取應對措施，這幾秒的反應時間已經足以讓追尾、剮蹭等事故發生了。

而在V2X-5G技術（V2X即Vehicle to Everything）的支持下，后車可以在極低時延后（幾乎是實時的）收到前車剎車減速的實時精確數據，于是就可以及時而精確地根據前車的制動負加速度采取相應的減速措施，這樣就大大避免了安全事故的發生。如果車與車、車與紅綠燈等周邊交通設施都實現了聯網、實現了協同后，不僅交通事故會大大減少，交通擁堵情況也會大大降低，整個道路資源的利用率都會大大提高。