无线通信必看的5G基础知识

随着消费者和企业部署越来越多的移动设备，接入新的 5G 固定和移动网络，无线网络在过去几年中得到了显著改善。

商用 5G 无线网络于 2019 年首次大规模推出。从那时起，移动网络运营商 (MNO) 一直在努力扩大这一新的高速、低延迟蜂窝标准的覆盖范围。

什么是5G？

第三代合作伙伴计划 (3GPP) 在 2017 年发布了第一个 5G 新无线电 (5G NR) 规范，作为其第 15 版的一部分。从最初的商业发布开始，5G 就超过了现实世界的 4G 下载速度。实际 5G 速度取决于技术使用的频率，例如低频段、中频段或高频段。

高频段 5G 的范围从 24 GHz 到 39 GHz，并使用毫米波 (mmWave) 频谱。高频段 5G 可以提供超过 1 Gbps 的数据速度，但前提是用户在室外并且距离移动 5G 毫米波基站最远可达 1,000 英尺。用户需要位于 5G 基站或小型小区附近才能获得足够的移动覆盖。

运营商为世界大部分地区提供中频频谱——范围从 1.7 GHz 到 4.7 GHz——使下载速度超过 100 Mbps，信号覆盖范围达数英里。美国三大移动网络运营商已使用低频段 5G 覆盖大面积区域，提供的数据速度仅略高于 50 Mbps。尽管如此，低频段仍然比 4G LTE 提供的 20 Mbps 平均下载速度更快。

另一个重要的 5G 技术能力是低延迟。在最佳情况下，对于 4G LTE，网络响应时间（数据包到达目的地所需的时间长度）约为 70 毫秒 (ms)。真正的 5G 网络的响应时间可以低至 10 毫秒到 20 毫秒。

然而，目前运行的大多数 5G 网络并不是真正的 5G 网络。大多数 5G 网络是非独立 (NSA) 网络，这意味着它们将 5G 的无线接入网络 (RAN) 元素连接到 4G 核心，以控制路由、转发和用户移动功能。 NSA 网络代表了目前全球可用的大部分 5G。

使用 5G 核心和 RAN 的独立 (SA) 规范于 2018 年 6 月完成，但很少有MNO实施它。 目前，T-Mobile 是唯一一家推出 SA 的美国主要移动网络运营商，而中国移动、中国电信和中国联通已在中国部署了 SA。

全球还有一些运营商部署了 SA，但对 SA 的最大兴趣来自希望在企业工厂和设施中部署私有 5G 网络的企业。 公司可以将专用网络提供的低延迟用于室内关键通信和工业机器人等应用。

5G 无线网络服务的类型及其工作原理

移动网络运营商目前推出了两种类型的 5G 服务：固定无线接入 (FWA) 和移动 5G。以下是这两种 5G 无线网络服务的工作原理。

固定5G无线宽带

固定无线宽带是一组服务，旨在使用无线电信号向企业或住宅提供最后一英里的互联网连接，而不是直接连接到场所的有线连接。为了提供固定无线宽带，运营商在基站或小型基站（例如路灯和电线杆）中部署 5G 无线电。

5G 无线电将信号传送到安装在建筑物和住宅内的无线调制解调器，从而取代了对光纤、电缆或其他有线连接的需求。 FWA 服务基于中频或毫米波 5G。 FWA 服务通常会部署中继器，以将固定服务的范围从小型蜂窝或基站扩展到用户家中。

2017 年 12 月，3GPP 完成了固定宽带无线所需的 5G NR 标准。 Verizon 和 T-Mobile 是美国 FWA 的主要代表，还有一些较小的运营商和初创公司。

5G移动服务

移动网络运营商最初在 2019 年部署了 NSA 移动 5G 服务，但北美、欧洲和亚洲的主要移动网络运营商直到最近才开始在全国范围内实现移动 5G 覆盖。数据速度差异很大，具体取决于移动 5G 支持的频率类型。

企业中的 5G 无线网络

随着商用专用 5G 网络的兴起，企业开始充分看到 5G 技术对企业的承诺。 IDC 最近报告称，私有 5G 将在 2022 年进入有限的商业可用性。

IDC 表示：“迄今为止，大多数私人 5G 项目仍处于试验阶段或商业前部署阶段。” “虽然从市场规模的角度来看，私人 5G 仍处于起步阶段，但人们对其所能提供的东西的胃口和兴趣是非常真实的。”

计划推出专用 5G 网络的公司将需要 RAN 硬件——小型蜂窝或基站——5G 核心软件和在所选频率上工作的设备。获得无线电频谱是专用网络部署中最困难的方面之一。

在美国，公司可以将公民宽带无线电服务 (CBRS) 中频带频谱用于 5G 专用网络。在亚洲和欧洲的部分地区，政府为专用网络分配频谱。许多网络规模的 IT 公司，例如亚马逊和思科，都在成立专门部署专用网络的部门。移动和有线电视运营商也在寻求参与其中。

例如，康卡斯特斥资 4.95 亿美元购买了 830 个 CBRS 优先访问许可证，可将其分配给全国的私人网络。 Verizon 还就私人网络达成了全球协议。该运营商在签署为英国南安普敦港提供私人 5G 网络连接的协议后，于 2021 年 4 月加入该领域。

服务提供商正在推动 5G 发展

5G 现在在亚洲、欧洲和北美的大部分地区以及非洲的一些国家/地区都可以使用。 2021 年 12 月，互联网性能指标分析公司 Ookla 报告称，美国的 5G 可用性最高，为 49.2%，其次是荷兰，为 45.1%，韩国为 43.8%。 Ookla 补充说，韩国首尔的 5G 下载速度中位数最高，为 530.83 Mbps，其次是挪威奥斯陆，为 513.08 Mbps。

在美国，目前的部署非常重视使用中频频谱。 AT&T 表示，到 2022 年底，其 C 频段将覆盖 70 至 7500 万人。T-Mobile 在 2021 年 4 月表示，预计到 2022 年底，其 2.5 GHz 频谱将覆盖美国 2.5 亿人。同时 ，Verizon 宣布，预计到 2022 年底，其 C 波段频谱将覆盖 1.75 亿人。这是美国主要移动网络运营商已经开展的高频段和低频段 5G 部署的补充。

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