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一文读懂真假5G之争:网速有多大区别 套餐为何这么贵?

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 重点:

  • 1非独立组网就是把5G基站挂在现有4G核心网上。
  • 2非独立组网是为了保护运营商4G网络的投资,同时在5G核心网的标准还未完善时临时过渡。
  • 3最快今年底,最晚明年初就能用上5G SA的网络。
  • 45G基站覆盖半径比4G小很多,基站数量多运营商投资加大,这笔钱自然要挣回来。
  • 55G网络设计初衷是to B,如toB业务能获得足够利润,不排除补贴to C业务降低资费的可能。

2019年被称为中国的5G元年,运营商5G网络开始商用,手机制造商陆续推出5G手机,并且价格直线下滑,但NSA版5G是假5G的争吵也随之而来。

那么什么是SA,什么是NSA呢?对消费者来说,差别在哪里,又是什么原因导致5G网络资费居高不下,何时才能用上便宜的5G套餐?

什么是5G SA和NSA?

从名字上来看,NSA是指非独立组网,SA是指独立组网。

简单来说,NSA就是把5G的基站挂在现有的4G核心网上,它与SA的区别就是缺少5G核心网,如下图所示:

5G基站提供了高速的连接,用户能够得到比4G基站快得多的网络速度。

但由于缺乏5G核心网,受限于传统的4G核心网,NSA无法全面实现5G承诺的三大服务目标,即超高带宽,超低延迟和超大规模物联网设备接入,真假5G的讨论由此而生。

超高带宽:术语叫增强型移动带宽eMBB

超低延迟:术语叫超高可靠超低延时通信URLLC

超大规模物联网设备接入:术语叫大规模机器通信mMTC。

NSA只是在超高带宽方面实现了5G的目标,但也取决于运营商4G核心网的速度,如果运营商的4G核心网达不到足够的带宽,那么5G基站的速度也会受到限制。

另外,5G NSA手机的两根天线需要一根与4G基站通讯,另一根与5G基站通讯,而SA手机的两根天线可以同时与5G基站通讯。

理论上SA手机的上行速率(从手机到基站)要比NSA快一倍左右。从国内运营商在实验网实测的结果来看,也差不多如此。而下行速率(从基站到手机),理论上NSA和SA差不多,实测结果受到基站配置,用户数量等因素的影响,差距很大。

图为5G网络的三大服务目标金字塔结构

那么问题来了,NSA性能受制于4G核心网,而且上行速率也不及SA,这种情况下为什么不直接上SA?

其实,NSA就是为了保护运营商在4G网络上的投资,同时在5G核心网的标准还未完善的时候,提供的一个过渡方案,最终目标是带有“网络切片”功能5G核心网的SA独立组网方案。

带“网络切片”才是真5G

图为3G和4G的网络架构

移动通信网大致能分为接入网和核心网两大部分,中间还有传输系统。

接入网主要就是基站,通过无线电信号与用户的移动设备连接;核心网最重要的就是各种交换机和路由器,用户的数据通过各种交换机/路由器转发,最终连入互联网或者抵达另一个用户的设备。

4G网络之前,只要核心网内所有交换机和路由器的软件都按照QoS的算法工作,就能得到比较好的用户体验。

图为4G网络中QoS的定义,包含对延迟情况的说明

举例来说,用户打网络游戏,与别人实时通话,看网络视频,这几种业务要求的数据包延迟量,丢包率和速率都不同。如果赶上用户多,数据量大,交换机的CPU忙不过来,就会给很多用户的体验造成负面影响。

这种情况下,把网络游戏的数据包优先转发,把网络视频的数据包最后转发,则能够比较好的维护用户体验。这就是移动网络QoS(Quality Of Service,服务质量)的概念。

但是到了5G时代,这种做法就不起作用了。

5G网络超高带宽,超低延迟和超大规模物联网设备接入三大服务目标,每一种都要求网络节点有不同的硬件配置和性能,每一种的软件算法都完全不同,甚至路由路径都完全不同,但运营商不可能为这三大目标,配置三套不同设备。

为了节约投资,通讯业界发明了网络切片的概念。

4G时代之前,网络设备都是由通讯设备商制造的专用设备,价格昂贵且不通用,到了5G时代,各个转发节点都可使用通用的,可扩展的计算设备,以及通用的可扩展的存储设备,然后通过软件定义,将网络设备虚拟化为三种不同的“切片”,通过配置不同数量的CPU电路板来灵活配置设备硬件性能、路由以及QoS软件算法。

这里的“通用”指的是可由大量第三方IT公司制造的,运行通用操作系统,可互换硬件和软件的设备。当然,这种“通用”也只是美好的愿景,长期垄断通讯设备的几大制造商未必那么情愿将这个市场开放给其他IT企业。

下图就是网络切片的介绍:

图为网络切片及5G网络架构示意图

应该指出的是,5G网络切片不只在核心网进行,在无线接入网(基站的数字基带单元设备)和传输网络中也进行了切片。

总之,只有实现了网络切片的5G SA网络,才能实现5G的三大服务目标。

最快今年底真5G就能商用

目前我国运营商已经投入商用的5G网络,基本都是NSA。与此同时,三大运营商也都在测试SA网络,且都在争取在2020年投入商用。

说到商用,就不得不提3GPP的5G年度标准。

3GPP的一直保持大约每年一个通讯标准版本的进度向前推进,每个版本都会增加一些功能。2019年中期冻结的R15版本中,已经确立了SA与NSA的网络架构,而在2020年上半年,R16版本也将冻结,将确立5G 三大服务的技术标准细节。

通常在3GPP的标准发布后,设备商需要几个月的时间完成软件开发,然后运营商再测试几个月才能商用,两者也可以在研发期间合作测试,加快进度。

而此前有消息称,中国电信在业界内率先王成了5G SA核心网商用设备整系统性能验证,同时5G端到端系统功能验证及异厂商互通测试也基本完成。

公开资料显示,中国电信这次测试是以3GPP R15标准为基础的。而在2020年,中国电信还将进行R16标准的验证工作。

另外两家运营商的5G SA部署也在同步进行。在今年1月份举行的中国移动媒体沟通会上,中国移动副总经理董昕表示,力争在2020年第四季度实现5G SA商用。而中国联通计划与中国电信共建共享5G无线接入网,初期实现NSA共享,2020 年第一季度启动网络向SA的演进升级的工作。

图为3GPP组织计划的5G标准制定的时间表

按照3GPP组织制定的时间表,R16版本最终版本将在2020年中期冻结,设备正式商用应该在2020年底到2021年初之间。

所以,最快今年底,最晚明年初,我们应该就能用上5G SA的网络了。

5G手机进入低价时代

从商用的节奏来看,我们使用上5G手机的进度比业界在2018年的预测提前了整整一年。

当时,业界普遍认为中国在2020年才能正式开始商业化运营5G网络,而在2019年推出的“尝鲜”版5G手机价格会比较高,直到2020年,5G手机的价格才会逐渐降低,达到普通人可以买得起的地步。

然而,在三大运营商的努力下,5G网络在2019年中就开始了商业服务;OV和小米等也率先推出相关终端,入门级的5G手机在2019年下半年也已经开始出现。

图为2019年发布的主要5G手机型号

另外,从2019年发布的5G手机来看,5G手机SoC从高端开始向中端普及;5G基带也从外挂开始向与SoC集成在一起演进;从初期的由高通和华为垄断开始,向联发科和三星加入竞争演进;从高价高端市场开始,向中低价格普及型演进。

5G网络使用费不太可能便宜

很多用户希望在5G网络普及后,网络使用资费会大幅度下降。

答案是,可能要失望了。

相比于4G网络,5G网络的建设成本要高很多,日常运营的费用也要高很多,所以5G网络的资费不太可能比4G网络还低。当然,如果按每比特数据的资费算,5G服务还是要比4G 服务便宜的。

首先,实现同样面积和用户数量的覆盖,5G基站数量要比4G网络多很多。

电磁波在自由空间中的衰减公式:

Lbf=32.5+20lgF+20lgD。

Lbf=自由空间损耗(dB)。

D=距离(km)。

F=频率(MHz)。

如果保持自由空间的损耗不变,则工作频率越高,距离就越短。5G网络定义的主要工作频带比4G网络高很多,这意味着5G基站的覆盖半径比4G要小很多。

我国5G的频带主要在6GHz以下(Sub-6GHz),距离4G的频带还不算太远,相比之下,最惨的是美国的5G,由于美国Sub-6GHz频带被军用系统占用很多,导致美国的5G网络主要使用毫米波段(24Ghz以上),覆盖相同面积所需基站比中国还多3-4倍。

基站数量增多,运营商投资加大,这笔钱自然要挣回来,资费可想而知。

此外,5G基站的耗电量要比4G基站大很多,也是推高资费的因素之一。

5G大幅提高用户速率,主要是靠多天线技术(massive-MIMO相控阵天线)和占用更宽的频谱,这都导致发射功率的增加。按照运营商在广州和深圳的实测数据,5G基站的耗电功率是4G基站的2.5-3.5倍,平均在3倍左右。

图为运营商实测5G基站的功耗

按照运营商的统计,基站电费通常占日常运营费用的20%左右。如果电费提高三倍,5G的日常运营费用也会大幅增加。

但是,尽管短期内用户资费不会降低,但从长期来看也许也存在一定的可能性。5G网络从设计开始就为开展toB(面向机构)业务做好了准备。5G的三大用户场景中,增强型移动宽带主要面向toC(即消费者)用户,而大规模机器通信和高可靠低时延通信这两个场景则是主要为toB用户准备的。

另外未来许多公司和机构的设备,比如云服务,内容分发,工业互联网等等,能够直接部署在运营商网络中最有利的地方,充分发挥5G网络的作用。

如果运营商能够从toB业务中获得足够的利润,也许能够补贴toC业务,降低一些资费。但是这个愿景的实现还需要整个工业界的努力,假以时日才可能成功。

总之,我们可以预计在一年左右的时间里,用上5G SA网络,用户体验会更好,但是在短期内,5G网络的使用资费不太可能再降低了。

 

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