发布日期:2024 年 2 月 20 日
撰稿人:Mesh Flinders、Ian Smalley
5G (第五代移动技术) 是手机公司于 2019 年推出的新电信网络标准。
5G 网络运行的无线电频率与以前的 3G、4G 和 4G LTE 网络相同,以前的网络为全球大多数手机提供服务。然而,5G 网络改进了速度、延迟和带宽,从而提供更短的下载和上传时间、更强的连接和更高的可靠性,这使 5G 网络自然而然地成为 4G 技术的替代者。
与人工智能 (AI)、ML物联网 (IoT) 和机器学习 (ML) 一样,5G 是一种颠覆性技术,有可能会改变人类与互联网、社交媒体和一般信息的交互方式。更具体地说,对于通过高速网络连接为自动驾驶汽车、游戏系统和视频流提供支持的技术,5G 具有重大影响。
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随着新技术的出现,全球对互联网访问的需求不断增加,创建的数据量呈指数级增长。在未来十年里,全球每天生成的数据量预计增长数百泽字节。4G、4G LTE 和 3G 无线网络所依赖的网络基础设施无法处理这一数据量。
5G 凭借闪电般的速度、非常低的延迟和扩展的数据容量,能够满足新技术的要求,例如需要 5G 网络覆盖的下一代智能手机。
虽然 5G 使用的无线电频率与 4G 和 3G 网络相同,但存在一些重要差异,从而使 5G 具有更优越的性能,尤其适合希望将该技术作为数字化转型项目一部分的企业。
速度和延迟
5G 速度比 4G 和 3G 网络快 10 倍,这意味着 5G 下载大文件或将数据备份到云等活动花费不到一秒的时间,而不是几分钟甚至几小时。5G 的数据传输速率达到每秒 20 吉字节 (Gbps),平均下载速度为每秒 432 兆字节 (Mbps)。5G 的数据速率是它预计产生如此变革性影响的主要原因之一,对手机游戏和远程手术等活动都有深远的影响。
5G 技术之所以能够提供如此快的速度是因为,与以前的网络相比,5G 的延迟(数据从一个点传输到另一个点所需的时间)要低得多。4G 网络的延迟大约为 200 毫秒,而 5G 网络的延迟通常可以低至 1 毫秒。
物理空间
5G 的另一个重要区别在于,它使用的发射器比以前的网络小,可以将它们放置在建筑物、树木和其他常见物体上,而不会引起人们的注意。5G 网络中的蜂窝(或“小蜂窝”)本质上是基站,在连接整个网络方面发挥着至关重要的作用。在 4G 技术中,与小蜂窝相当的宏蜂窝更大,所需的功率更高。
错误率
5G 的自适应调制和编码方案 (MCS) 是一种用于从 WiFi 设备发送数据的方案,它是在 4G 和 3G 网络中使用的 MCS 基础上改进的,从而使其块错误率 (BER) 极低。在 5G 技术中,当错误率增加到一定水平时,发射器自动降低速度,直到错误率下降为止。这项技术在实时条件下牺牲速度以换取准确性,并有助于确保 5G 网络的错误率接近于零。
带宽
与 4G 和 3G 网络相比,5G 网络的带宽范围更广,包括低频段、中频段和高频段。这是 5G 将其无线电频谱资源从以前网络中使用的低于 3 GHz 规格扩展到 100 GHz 或更高规格实现的。这一调整使 5G 能够在更广的带宽范围内运行,从而扩展其容量和吞吐量。从本质上讲,这些技术进步使更多的设备能够同时连接到单个网络或蜂窝上,并允许设备同时发送和接收数据。
与 3G 和 4G 技术一样,5G 依赖于蜂窝技术,5G 将服务区域划分为更小的地理区域(称为蜂窝)。蜂窝边界内的任何 5G 无线设备使用无线电波、基站和天线连接到互联网和电话网络。较新的网络速度更快,在网络上只有一个用户时,下载速度可达每秒 10 吉字节 (Gbps)。
由于具有更宽的带宽,5G 不仅可以连接网络上的更多设备,而且还可以提供更快的速度,在很多用户位于同一网络甚至同一蜂窝时(例如拥挤的城市环境),这可以提高互联网应用程序质量。随着 5G 技术的不断发展以及旨在利用 5G 技术的应用程序数量增加,人们普遍预计越来越多的知名互联网服务提供商 (ISP) 将采用 5G 家庭互联网(例如 Verizon、Google 和 AT&T),从而使 5G 用例呈指数级增长。以下是使 5G 技术独一无二并且将来可能对移动技术产生颠覆性影响的一些功能:
网络切片是指网络运营商能够使用 5G 技术在同一基础设施上部署多个独立虚拟网络,网络切片具有很多潜在的业务应用场景。通过网络切片,企业可以组成 5G 网络功能集合,并按用例或业务模式对其进行分组。通过使用该功能,用户可以在所选的设备上获得更可靠的无线体验。
5G 网络拥有独特的空中接口,这是专为一项称为 5G NR (New Radio) 的新技术开发的。这指的是一种新的无线接入技术 (RAT),由第三代合作伙伴计划 (3GPP) 专门开发用于 5G 移动网络。5G NR 旨在成为新的全球蜂窝网络标准,首次商业部署于 2018 年底完成。如今,很多蜂窝网络运营商部署了 5G NR 网络,很多技术制造商正在制造与 5G NR 兼容的移动设备。根据 Ericsson 最近发布的一份报告(ibm.com 外部链接),到 2023 年底,全球 45% 的网络与 5G 兼容,预计到本十年末,这一数字将上升到 85%。
私有 5G 网络类似于公共网络,但为其所有者提供了增强的个性化功能,例如,能够限制访问以及使用经过许可或未经许可的无线 5G 频谱。私有 5G 在全球企业中越来越受欢迎,因为它允许企业在封闭和受限的环境中利用 5G 技术的所有优势,例如工业厂房、办公楼、大学校园、机场等。通过使用私有 5G 网络,公司可以采用高度私密、安全和高效的方式管理所有设备、服务和应用程序,比公共网络更私密、安全和高效。
与前几代网络相比,5G 服务在无线技术方面进行了很多改进。以下是 5G 可能带来的一些商业优势:
在 4G、4G LTE 和 3G 网络上,由于发送和接收信息需要大量时间,全自动驾驶汽车无法运行。5G 网络具有较低的延迟,可以使完全自动驾驶和自动运行的车辆在短短 1/1,000 秒内发送和接收信息。
由于采用了 AI 和机器学习,工厂已变得更加智能,而采用 5G 基础设施大大加快了这一趋势。随着 5G 的推出,工厂可以自动实现更多功能,以无线方式连接数千台智能设备,以及部署大量的摄像头、无人机、5G 手机和传感器,这些设备能够近乎实时地对数据进行处理。这些功能在实际层面的应用令人眼花缭乱,对燃油经济性、建筑设计、与客户的互动以及设备生命周期和维修等都会产生影响。
虚拟现实(将现实世界拒之门外的数字环境)和增强现实(增强现实世界的数字内容)依赖于 5G 技术,并具有很多业务应用场景。在过去的十年里,使用虚拟现实和增强现实技术的手机和智能眼镜为广泛的业务场景(包括货物仓储和运输、工业维护、设备维修等)添加了数字叠加、实时视图和其他功能。
边缘计算是一种分布式计算框架,使企业应用程序更接近于数据源,5G 技术的高速度和低延迟大大增强了边缘计算。在边缘计算方面,5G 使计算和数据存储更接近于生成数据的位置,从而实现更强的控制、更低的成本和更快的洞察交付。根据 Gartner 最近发布的一份白皮书(ibm.com 外部链接),到 2025 年,75% 的企业数据将通过边缘计算进行处理,而目前只有 10% 的企业数据通过边缘计算进行处理。
随着 5G 技术的普及,它刺激经济增长和改进连接的潜力是无限的。以下是 5G 技术可能改变我们世界的一些更加雄心勃勃的方式:
5G 能够从连接到互联网的 IoT 设备收集信息,无论您生活在人口稠密的城市环境还是偏远的农村地区,都可能会改善您的日常生活。城市规划者、应急响应人员和很多其他人都希望在未来几年内依靠 5G 连接帮助缓解交通,更好地进行规划,减少空气污染并普遍改善他们所服务的人群的生活。
在医疗保健技术方面,5G 网络促进了远程手术、数据相关洞察和患者护理方面的进步。例如,由于 5G 具有较低的延迟,因此,可以通过高清视频共享实时信息,这可能会使远程手术变得更加普遍。此外,通过使用 5G 网络的 IoT 连接设备对患者进行实时监控,有助于医生更好地护理未直接监护的患者。
5G 将极大地提高企业监控其 ESG (环境、社会和治理 目标的能力,例如碳排放、员工安全、供应链等。5G 的诸多优势之一是,与以前的网络相比,5G 能够使用相对较低的能量传输信息。5G 技术还会促进电动汽车、智能建筑和远程工作的发展,已经证明所有这些措施可以减少碳排放。
基于 5G 基础架构通过与 IBM Cloud 进行安全且可审计的通信,在本地、边缘计算和公有云环境中一致地部署和运行应用程序。
5G 边缘计算为各行各业创造了巨大的商机。5G 使计算和数据存储更接近于生成数据的位置,从而实现更好的数据控制、降低的成本、更快的洞察和行动以及持续运营。
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