盡管5G的變革性質使其成為一種潛在的顛覆性技術，但從其推出的早期階段就可以清楚地看出，從今天的4G/LTE基礎設施遷移至5G將是漸進式，而不是革命性的。盡管5G的承諾是實實在在的，但5G生態系統中的各個行業參與者要實現這一承諾還有大量工作要做，分析人士預測，到2025年，5G的采用率將達到4G的一半左右。

　　5G推出可以被認為是在其第一階段，全球運營商開始推出基于3GPP Release 15（對應NR 1），5G基礎級的規范的服務。盡管這些服務將為運營商帶來增量收入，但只有在部署了第Release 16（對應NR 2）中規定的、以及第Release 17中正在開發的功能時，5G在垂直領域的實際價值才能得到體現。

　　到目前為止，5G的加速發展在很大程度上是通過強大的5G生態系統的努力實現的，特別是在標準制定方面，關鍵行業領袖都參與其中，確保了實用和一致的功能優先順序。隨著政府、行業和學術界對新技術的開發、驗證和實現做出貢獻，未來的5G路線圖將更加重視這一生態系統。

　　作為這個生態系統中的一個關鍵參與者，u-blox研究了影響5G推廣的一些經濟、監管和技術因素，這些因素告訴我們以及其他主要生態系統參與者，這種進化的新網絡將補充而不是破壞現有的物聯網技術。

　　ITU定義的三個廣泛用例涵蓋了需求高度多樣化的現有和新興應用。事實上，沒有一種5G技術能夠滿足所有這些要求，在決定如何使用5G進入市場時，運營商必須解決以下因素。

　　商業案例的優勢

　　由于大多數運營商仍致力于持續的4G/LTE投資策略，而且許多運營商的收入正在趨于平緩甚至下降，因此5G商業案例需要一種有針對性的方法。人們對5G技術的信心很高，但目前尚不清楚如何以及何時將一些更具革命性的使用案例轉化為創收產品和服務。因此，大多數運營商將重點放在物聯網（IoT）和增強型移動寬帶（eMBB）上，這兩種技術都可以很容易地利用現有的基礎設施。

　　例如，5G-NR非獨立（NSA）可以通過升級現有的4G/LTE宏單元以與5G-NR系統互通來增強“覆蓋和容量層”（6GHz頻率以下）的吞吐量和容量。同時，3GPP在5G發布中采用了現有的LPWA（低功耗廣域網）技術實現LTE-M和NB-IoT，這為物聯網戰略的持續性提供了基礎。此外，根據GSMA的數據，在截至2019年10月的12個月期間，實時LPWA網絡數量翻了一番，共推出了89個NB物聯網和34個LTE-M網絡。

　　雖然重點可能是物聯網和寬帶，但有針對性地部署毫米波基礎設施也能夠實現高利潤的細分市場，例如使用固定無線接入（FWA）在城市地區提供高速寬帶。

　　全球監管政策，包括頻譜可用性

　　5G的成功推廣需要每個國家/地區都有一個支持性的總體監管框架，特別是在涉及無線電頻譜分配的地方。3GPP的標準工作定義了5G的兩個頻譜范圍：頻率范圍1（FR1，《7.125GHz）和FR2（26.25~52.6GHz）。

　　由于許多原因，正如本文其他部分所討論的，最初的5G NR部署將主要在3.5GHz頻段，而GSA最近的一項調查表明，全球大多數頻譜分配活動實際上都集中在這一頻段上。更高的頻段，毫米波，24GHz及以上的情況是不太確定的；頻譜分配是在ITU的世界無線電會議上最后確定的。

　　標準制定

　　標準的可用性和穩定性是任何新技術推出的關鍵，使硬件制造商、芯片制造商等能夠設計和構建全球可互操作和兼容的組件。ITU將5G NR要求指定為IMT2020目標，3GPP是領先的標準開發組織，在第Release 15中開發了最初的5G標準。非獨立5G新無線電規范（NSA 5G NR）于2017年12月獲得批準，獨立（SA）版本于2018年6月獲得批準。Release 15可以被認為是5G NR的基礎，它已經進入了一個全新的無線電技術的規范，為2018年底的初始服務鋪平了道路。

　　5G下一階段的標準開發

　　隨著全球運營商為推出基于Release 15規范的服務而努力克服上述挑戰，5G生態系統已經開始關注未來。我們現在展望下一步的發展，隨著5G的不斷推出，這一點可以預期。

　　Release 15被認為是5G NR第1階段，Release 16是第2階段，Release 16于2020年7月完成，Release 17的開發工作將于2021年末完成，目前正在進行中（圖2）。

　　圖1:5G時代LPWA的演變，3GPP 5G發布時間表。（來源：u-blox）

　　Release 15側重于移動網絡技術的定義，而Release 16和Release 17則專注于添加所需的功能，以支持蜂窩行業以外的各種垂直行業所需的用例。

　　盡管Release 16和Release 17中正在開發或考慮的功能與許多垂直領域相關，但3GPP工作的重點是至少三個新興應用對5G能力有潛在需求的特定行業——工業物聯網（IIoT）、汽車行業和衛星行業。

　　工業4.0和工業物聯網

　　隨著物聯網指數級增長的兩個驅動因素以及當前對實現工業4.0愿景的關注，IIoT技術在Release 16和Release 17下構成了重要的工作主體也就不足為奇了（圖2）。

　　
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　　圖2: 5G技術在3GPP版本中的演變。（來源：u-blox）

　　IIoT在Release 16和Release 17中開發的特定功能包括：

　　超可靠低延遲通信（URLLC）：Release 16工業物聯網預計將提供IIoT應用所需的“六個9”級別的可靠性，例如智能工廠裝配和控制操作。

　　時間敏感通信（TSC）：Release 16引入了基于與IEEE時間敏感網絡（TSN）集成的TSC支持，TSN是目前工廠自動化的主要協議。Release 17將開發本地TSC支持，即獨立于IEEE TSN之外，支持廣泛的用例，包括物流、航運港口、程序制定和特殊事件（pmse）。

　　支持非公用網絡和中性主機：3GPP Release 16既支持獨立的NPN，也支持公網集成的NPN，兩者都有身份驗證方法。Release 17通過使用第三方服務提供商（包括公共網絡運營商）的憑據訪問獨立的專用網絡，引入了對中性主機的支持。Release 17還將為接入專用網絡的用戶接入提供支持。

　　NR-unlicensed：與上述相關，Release 16引入了對NR在未授權頻譜中運行的支持，為服務提供商和專用網絡提供了一個增加容量的重要工具。Release 16最初關注的NR-U是在5GHz和6GHz頻段上的eMBB服務。Release 17將包括增強功能，允許在未經許可的頻譜中使用URLLC特性。

　　NR-Light:Release 17將引入對“低性能NR設備”的支持，也稱為“NR-Light”，如監控攝像機、工業傳感器、可穿戴設備和消費物聯網設備。因為這些設備受外形因素和功耗的限制，可能需要比高端5G NR設備更窄的帶寬和更低的峰值數據速率。NR-Light打算降低5G-NR設備的成本和復雜性，同時仍然支持5G-NR連接。

　　高精度定位：Release 16擴展了Release 15的定位支持，引入了利用5G無線電信號本身定位設備的能力，提供了幾米的潛在精度。Release 17下的進一步增強可以提供厘米以下的精度水平，這是許多室內工業過程應用所要求的。

　　LPWA技術——NB-IoT和LTE-M，3GPP于2015年作為Release 13的一部分引入，NB-IoT和LTE-M可滿足物聯網市場主體的基本物聯網服務的簡化要求。Release 16規定了如何將NB-IoT和LTE-M傳輸直接并入5G-NR部署，鞏固其作為5G標準的未來地位，并確保與現有NB-IoT和LTE-M部署兼容。Release 17中LPWA將進一步減少延遲，增強功率效率以及提高峰值傳輸速率。

　　衛星通信的復蘇

　　空間接入成本的下降推動了小型低地球軌道（LEO）衛星數量的大幅增長，使衛星通信在經濟上和技術上可滿足遠程物聯網應用需求。在Release 17中，3GPP將開始5G NR增強工作，以支持非地面網絡（NTN），并研究基于衛星的物聯網開展NB-IoT和eMTC連接的可行性。

　　5G生態系統的持續作用

　　5G推廣的一個關鍵因素是行業、政府、監管機構、標準機構和學術界之間的密切合作。許多此類合作伙伴正在全球范圍內進行一系列試驗，以證明、驗證和評估5G在各個垂直領域的潛力，從而確定未來5G路線圖。在歐洲內部，5G基礎設施公私伙伴關系（5G-PPP）是一項關鍵舉措，由歐盟委員會設立，旨在資助和協調相關項目，以便建立歐洲在5G領域的領導地位，重點關注提高工業效率和生產率。

　　5G-SMART項目是由5G-PPP資助的試驗的一個重要例子；該項目基于愛立信、博世、ABB和包括瑞士u-blox在內的領先技術公司的合作。5G-SMART旨在測試最先進的5G集成制造應用，如數字孿生、工業協作機器人和機器視覺輔助的實時人機交互。在國家層面也可以找到類似的舉措，比如英國文化、媒體和體育部（DCMS）資助的英國5G倡議，顯示了政府利用5G潛力的強大動機。

　　現在是時候兌現Release 16和Release 17的承諾了

　　期待已久的5G推出的第一階段目前正在順利進行，全球運營商都在部署基于3GPP Release 15功能的服務。盡管有必要為5G演進打下基礎，但目前不足以充分發揮這一變革性網絡技術的全部力量。

　　隨著Release 16和Release 17開發了先進的技術，測試和驗證這些功能并確保它們投放市場的任務落在了5G生態系統上。這一生態系統建立在政府、行業和學術界之間的獨特合作基礎上，成功地加快了5G NR的快速部署，并準備提供確保實現5G承諾所需的架構、解決方案和商業模式。

　　本文作者：Sylvia Lu，U-Blox 蜂窩產品中心技術戰略主管。她是一位屢獲殊榮的工程師，在無線通信研發、蜂窩調制解調器開發、標準和技術戰略方面擁有超過10年的行業經驗。自2013年以來，Sylvia的興趣和工作一直集中在最新的技術發展上，這些技術使智能設備能夠更好地連接起來，包括5G、NB-IoT、Cat-M、V2X，并有助于推動下一代無線連接和標準，以加速各行業的數字轉型。Sylvia擁有伯明翰城市大學電子工程一級學位和布里斯托爾大學通信系統和信號處理碩士學位。Sylvia是劍橋無線有限公司的董事會成員兼董事，同時也是UK5G咨詢委員會的成員，該委員會就未來5G部署向英國政府提供獨立建議。她最近加入了工程技術學會（IET）的數字政策小組。