干货！你需要了解的 5G 技术

目前，5G 技术已经开始商用，也有越来越多的朋友使用上了 5G 手机，或许有些朋友还有些疑惑，5G 是什么，与之前的 4G 有什么区别，为什么要用 5G。本文想通过自己对 5G 的了解，尝试为大家解释以上疑惑。

5G 是指第五代移动通信网络技术，是继1G、2G、3G和4G网络之后的新的全球无线通信标准。5G实现了一种新型网络架构，旨在将将几乎所有人和事物（包括机器、物体和设备）连接在一起，也就是当初媒体宣传的 5G 实现万物互联。

5G 无线通信技术旨在为更多用户提供高效的网络数据速度、超低时延、更高的可靠性、海量的网络容量、更高的可用性以及更统一的用户体验。更高的性能和更高的效率赋予用户全新的用户体验。

5G 并不是一个人或者一家公司定制发明的，而是由3GPP组织来制定的 5G 标准，该组织之前还定义了3G UMTS、4G LTE的全球规范。

3GPP推动了 5G 技术各个方面从空中接口到服务层的许多重要发明。3GPP 5G成员包括基础设施供应商、组件/设备制造商，以及移动网络运营商和垂直服务供应商。可以说，5G 技术是多家公司合作发明的新型移动通信技术。

第一代（1G）：1980年代，1G提供模拟语音

第二代（2G）：1990年代初期，2G引入数字语音

第三代（3G）：2000年代初期，3G带来了移动数据

第四代（4G）：2010年代，4G LTE迎来了移动宽带时代。

人们的需求不断在变化，追求更好的用户体验，因此技术也在不断发展去满足人们的需求。 1G、2G、3G 和 4G 催生了 5G ，5G 旨在提供更多更好的网络连接。

5G 具有一个统一的、功能更强大的空中接口。它的设计具有扩展能力，可实现下一代用户体验、支持新部署模型并提供新服务。

凭借高速、卓越的可靠性和可忽略的延迟，5G 将移动生态系统扩展到新的领域。5G 将影响每个行业，使远程医疗、精准农业、更安全的交通、数字化物流等成为现实。

5G 明显快于 4G； 5G 可以比 4G 快得多，提供高达 20 吉比特每秒 (Gbps) 的峰值数据速率和 100 多兆比特每秒 (Mbps) 平均据速率。
5G 的容量比 4G 多； 5G 旨在支持将流量容量和网络效率提高 100 倍。
5G 的延迟明显低于 4G； 5G 的延迟显着降低，可提供更即时的实时访问：端到端延迟降低 10 倍，降至 1 毫秒。
5G 是一个比 4G 更强大的统一平台； 虽然 4G LTE 专注于提供比 3G 更快的移动宽带服务，但 5G 旨在成为一个统一的、功能更强大的平台，不仅可以提升移动宽带体验，而且还支持任务关键型通信和大规模物联网等新服务。5G 还可以原生支持所有频谱类型（许可、共享、非许可）和频段（低、中、高）、广泛的部署模型（从传统宏蜂窝到热点）以及新的互连方式（例如设备到设备和多跳网格）。
5G 使用的频谱比 4G 更好； 5G 还旨在充分利用各种可用频谱监管范式和频段的每一位频谱——从 1 GHz 以下的低频段，到 1 GHz 至 6 GHz 的中频段，再到称为毫米波的高频段（毫米波）。

从广义上讲，5G 用于三种主要类型的连接服务，包括增强型移动宽带、关键任务通信和大规模物联网。5G 的一个定义能力是它专为前向兼容性而设计——灵活支持当今未知的未来服务的能力。

增强的移动宽带
除了让我们的智能手机变得更好之外，5G 移动技术还可以带来新的沉浸式体验，例如 VR 和 AR，具有更快、更统一的数据速率、更低的延迟和更低的每比特成本。

关键任务通信
5G 可以实现新服务，这些服务可以通过超可靠、可用、低延迟的链接来改变行业，例如关键基础设施、车辆和医疗程序的远程控制。

大规模物联网
5G 旨在通过缩减数据速率、功率和移动性的能力无缝连接几乎所有事物中的大量嵌入式传感器——提供极其精简和低成本的连接解决方 案。

5G 旨在做各种可以改变我们生活的事情，包括为我们提供更快的下载速度、低延迟以及为数十亿台设备提供更大的容量和连接性——尤其是在虚拟现实 (VR)、物联网领域和人工智能 (AI)。

借助 5G，我们可以获得全新和改进的体验，包括近乎即时地访问云服务、多人云 游戏 、增强现实购物以及实时视频翻译和协作等 。

NB-IOT是基于蜂窝的窄带无赖网成为万物互联网的一个重要分支。NB-IOT构建与蜂窝网络，消耗大约180KHZ的宽带，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或者LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IOT是IOT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网，支持待机时间长、对网络连接要求较高的设备的高效连接。

NB-IOT的优势

强链接：

在同一基站的情况下，NB-IOT可以比现有无线技术提供50—100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络结构。

高覆盖：

NB-IOT室内覆盖能力强，比LTE提升20DB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

低功耗：

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感器监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池寿命是最本质的需求。NB-IOT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IOT设备 功耗可以做到非常小。

低成本：

NB-IOT无需重新建网，射频和天线基本上都是服用的。举个例子：就拿中国移动来说，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要请出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IOT的同时部署。低速率、低功耗、低宽带同样给NB-IOT芯片以及模块带来低成本的优势。

窄带物联网的出现，改变了物联网的应用。

物联网网关组网方式和功能配置有以下：
1、丰富接口，满足组网、数据采集与传输需求，支持2个光纤口、7×LAN、1×WLAN、2×RS485、1×AC220V输入、3×AC220V输出、1×DC24V输出、1×DC12V输出。
2、支持WIFI(可选)，5G/4G(可选)，网口，光口等方式接入互联网，可多网同时在线，可实现4/5G转WiFi、网口转WiFi。
3、支持多种无线扩展方式，LoRa、ZigBee、蓝牙等；支持ZigBee（支持频段，24GHz全球免费频段）。
4、支持5G/4G/PPPoE/DHCP/静态地址等连接方式，有线无线互为备份，多网智能切换备份，多种工作模式选择。
5、超强的边缘计算计算能力，整合数据采集、处理、执行，实时分析，安全高效，实现灯管边缘策略，断网情况可继续执行灯控等命令；标准Linux系统支持用户二次开发。
6、可外接PLC载波ZigBee/LoRa等单灯集中器，实现非智慧杆路灯的单灯集中管理。
7、支持APN/VPDN数据安全传输；支持IPSec、L2TP、PPTP、OPEN等类型。
8、支持AP，STA，Repeater多种模式与系统云平台数据交互。
9、支持DHCP server，DHCP客户端，IP与MAC地址绑定，DDNS，NAT，DMZ主机，QoS，流量统计。
10、支持TCP/IP、UDP、MQTT、MODBUS、TFTP、>

说起物联网（Internet of Things， IoT），估计很多人都耳熟能详，因为我们早就在各种各样的媒体中看到过好多次这个名词了。

按照中国传统观点，万物实际上是有着天然的联系的，那么人类为何又要画蛇添足般地再把他们连接起来呢？原因很简单， 万物的天然联系是依靠的自然规律，而人类并不能控制他们，而物联网让万物以人类的意愿进行连接，从而让人类可以控制他们 。物联网，无非是又一个人类征服和控制自然的尝试而已。只要万物能够互联并且通过有效的手段在需要的时候知道他们的状态，从而采用有效的手段进行干预，那么人类就有了对万物的相当程度的控制权。

这给了人们很大的想象空间，因此，也吸引了大量的淘金者，试图分享这样一块看起来巨大无比的蛋糕。 但这么多年来，现实并不乐观。

根据我的了解——可能并不准确——我感觉物联网现在处于一个比较尴尬的阶段。 一方面，物联网的呼声很大，人们寄予很大的期望；但另一方面，市场的反响并不热烈，本来应该跟人们的生活息息相关的物联网，似乎在现实中并没有被人们所感知。我观察到的现实就不很乐观。 算得上物联网的智能家居曲高和寡，国内力推的NB-IoT雷声大雨点小，LoRa使用的主流频段在国内被事实上禁用， Zigbee等覆盖范围过小……

在这里，我想梳理一下物联网在国内发展的现状，以便于更好地定位和找出问题所在。

物联网可以看做是互联网的升级版本，传统的互联网连接的是人；物联网不光连接人，还要连接物，除了人类的互动外，还需要让人能够更好地把控物。 人是自带智能的，所以传统的互联网的重点在于连接，只要有连接，人们就会互动，产生内容等，对网络的智能要求就不高；但物联网连接的是物，物本身不具备智能， 需要通过人来控制或者智能系统来自动控制。

物联网也是近十年来出现频率很高的智慧某某（例如智慧城市，智慧楼宇，智慧园区，智慧安防等）的基础设施。 什么是智慧？我认为就是能够根据某个特定的需求和目标，自主动态调节现有状态的能力 。这需要至少有两个部分构成，一是要有数据分析和处理的“大脑”部分，二是要有数据收集和指令执行的“躯体”部分。 我们往往把狭义的躯体部分作为狭义的物联网， 也可以称为物联网10， 实现了物体的初步连接和数据收集和反馈能力，但这套系统要想实用，实际上离不开人，因为数据的分析和控制指令的下达还是需要人来做；而大脑+躯体才是真正智慧的物联网，在我看来这才是能够给人类带来很大便利的物联网，才具备大范围应用的技术基础， 可以把这称为物联网20。

现阶段的物联网还是停留在由人控制的阶段，也就是10时代，这个阶段对数据的处理存在瓶颈，因此，并不适合复杂的应用，也不适合大范围使用。因此我们可以看到，应用比较广泛的应用也就是那少数的简单应用，如抄表、环境监测、家电控制等。云计算、大数据、机器学习、人工智能等技术是近几年的IT领域的热点，进展也非常迅速，他们的发展为物联网向20阶段进化提供了坚实的基础。

我们日常生活，现有的已经足够很好地满足人们的需求了；物联网，只是人们对更高生活水平的追求的产物，并且不是必需的；对于非必需品来说，要想普及需要足够的性价比或者就索性走高端路线。但从目前的物联网市场看，由于缺少比较成熟的家用物联网方案，因此并不能大规模使用，这导致物联网应用起来成本比较高，在家居中只有高端住宅才可能会使用，占比很少，家居物联网在这种初级阶段必须得要走高端路线，当然这也符合很多新事物的初始状况特征。

物联网在工商业中也有一些应用，例如RFID领域，我们已经可以在一些商店中看到。其他还有很多物联网项目，多数隐藏在智慧某某的名头之下，现阶段，只要是冠以智慧的项目，其造价一般会令人咂舌。 因此，在性价比不高的情况下，人们使用他的积极性自然不高了。

中国运营商去年决定要大力推广NB-IoT，他们试图提升性价比，因此希望设备和解决方案提供商们能够以较低的价格提供相关产品，由于其体量，确实有部分供应商愿意以接近成本价的价格向其提供产品；但即使是这样，愿意使用的用户也不多，这让供应商的积极性大大降低，因为根本就无利可图。也因为此，NB-IoT的这一波推广活动实际上到目前看来是比较失败的。

从连接介质来看，物联网分为有线和无线两种，考虑到实际部署的难度，无线方式显然更有机会会成为主流的连接方式。

从终端和因特网连接关系来看，物联网也可以划分为两种方式：一种是直接和因特网连接，例如NB-IoT、2/3/4G蜂窝网络、eMTC等； 另一种是通过网关间接和因特网连接，例如LoRa、SigFox、ZigBee、BLE、WiFi等。不同的协议都是针对不同的应用场景设计的，因此在实际使用中都有其优缺点。例如我们常用的WiFi，要保证速率和可靠性，因此覆盖距离不够长，连接不可靠； NB-IoT主要用于低速率物联网应用，能够直接联网，但速率低， 用户连接数少； LoRa的覆盖比较广，但速率低，用户连接数也有限制……

因此，实际部署时需要根据不同的应用场景选择不同的技术、标准以及相应的设备，而在现场实施的时候又会有很多意想不到的困难。无线部署也需要做网优等工作，对实施人员的要求比较高。 这些都增大了物联网的部署难度。

由于物联网一般使用无线技术，那么频谱资源就是物联网的一个非常核心的资源。频谱资源时稀缺的，因为有太多的地方需要这类资源。例如我们的移动电话、微波通信、卫星通信、应急通信、无线WiFi等等。这些资源由于其稀缺性，需要统一的规划。而这在不同的国家也面临着不同的状况。

例如现在比较火热的LoRa，阿里巴巴、腾讯等互联网企业刚刚加入该标准联盟，结果国家的新的频谱规划就给予他们致命一击，LoRa所使用的sub-1G的频谱资源实际上是不开放的。

目前在全球，唯一明确的民用频段就是24GHz，也就是WiFi、蓝牙等使用的频段。但这个频段的问题是与低频段的无线电波相比，越障能力比较差，因此覆盖能力不强。而又由于太多的民用无线设备都是用这个频段，导致这个频段的信号比较“脏”，收到的干扰比较大。 现有的使用这个频段的蓝牙、WiFi协议本身也是为了IP宽带连接而设计的，专注于速率，所以也导致覆盖范围一般不超过100米，并且连接数量有着很大的限制。 因此，要想避免频谱资源的政策风险，就只能使用24GHz这个频段 ，那么如何在这样的情况下增加无线覆盖的范围，提升覆盖距离，就是物联网公司需要解决的一个大问题。

比较有实际应用意义的物联网的规模需要达到一定的程度，也就是终端要足够多，很多地方并不具备电源接入的条件，那么就需要终端的功耗要足够低或者索性无源。

无源当然是最佳的方式，目前的解决方案是要加储能电路，但这种电量非常微小，在现有的技术条件下，覆盖范围和传输能力都受到严重的制约，只能适应很少的一部分场景。因此，大多数情况还是需要有源的终端，这就需要功耗尽可能地低了。 功耗问题可能是目前物联网面临的主要问题之一。

例如在智慧停车之类的项目中，有部分方案是用NB-IoT实现的。这个标准由于使用了蜂窝技术，只有运营商具备掌控的能力，所以电信运营商和设备商都非常有热情去推广，也号称一块电池可以用十年，看起来功耗似乎很低，但那是有前提条件的，就是它平时处于睡眠状态，每天主动醒来一次上传一次数据，在这样的情况下才可能坚持十年。 但用于停车就得频频被唤醒，因此在这个场景中使用就非常耗电。根据实际使用的经验，差不多5个月左右就得去更换电池了。这带来极大的维护工作量，而且电池的成本本身也非常高。因此，至少在停车这种方案中，NB-IoT并不是一个好的选择。如果用LoRa呢？在停车中也有应用，表现好一点，能够达到一年多的使用时间而不用换电池。而一般里面模块和芯片的寿命在5年以上，也就是说，在终端设备的生命周期里，需要更换多次电池，每一次更换电池实际上跟新开工一个项目工作量差不多多少。因此，我们不能说这种状况是令人满意的。

所以，如果能够解决有源终端的功耗难题，不光可以大大减轻日后的维护工作量，还可以大大降低终端的成本，这是因为在实际应用中，电池是物联网终端的主要成本之一。

技术本身是没有国界的，但遗憾的是我们并不生存在一个理想的世界里，我们的现实世界依然存在着各种各样的利益群体，有的时候出于自身利益的考虑，作为体现现代竞争力的物联网技术就要受到一些因素的制约。国家就是一个典型的利益群体，而国家安全往往是这个群体的最高利益之一。信息安全是国家安全的一个重要方面，物联网搜集各种各样的信息，这些信息有的时候就是非常机密的情报，不方便被其他利益团体所获知，因此，在物联网标准方面，在一开始就要注意这个方面。

LoRa是美国公司Semtech所提出的一个物联网标准，也是目前比较主流的标准。这个标准对标的是SigFox——一个欧洲的私人公司封闭的物联网标准，但SigFox用自己的标准建了一个覆盖很广的网络，对外运营物联网业务，可以叫做物联网供应商；而LoRa是半开放的标准，允许用户使用这种技术进行模块和终端产品的开发，并用这些产品组建自己的LoRa物联网，虽然相比于市场上主流的其他方案，看起来价格并不贵，但标准、芯片等核心部分过分集中于美国的供应商Semtech上，在特定的时候这就是一个很大的风险。

因此，无论是物联网方案提供商、物联网产品开发商，还是用户，在选择物联网标准的时候要考虑到这个问题。当然，对于小规模的民用应用，采用什么标准问题不大，但对于军用、大规模应用来说，不考虑这个因素将可能让投资全部打水漂。 最近的无线电频谱的一个征求意见的文件就让某国外标准被判了死刑，即使我们最大的两个互联网公司刚刚加入了这个阵营也是无可奈何。

NB-IoT是中国特别是运营商和设备提供商力推的标准，但它的问题在于功耗较高、用户容量有限，所以，在很多场景里并不适合。因此，中国还需要更多的物联网标准，来补充NB-IoT的不足。

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