了解5G的關鍵技術和有著什么意義？

據坊間爆料，Nokia與T-Mobile US 簽署了一份合作協(xié)議，涉資35億美元（約折合人民幣239億元），這是截止目前所達成的全球移動通信行業(yè)里最大的一份5G訂單。在這之前的2018年6月13日， 3GPP 5G NR標準 SA方案正式完成并發(fā)布，標志著首個真正完整意義的國際5G標準出爐，也標志著首個面向商用的5G標準出臺。

“5G”，真的來了。

第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術，外語縮寫：5G。也是4G之后的延伸。其峰值理論傳輸速度可達每秒數十Gb，這比4G網絡的傳輸速度快數百倍。

前幾代的通訊技術比較

第一代移動通信系統(tǒng)（1G）

第1代移動通信系統(tǒng)（1G）是模擬式通信系統(tǒng)，模擬式是代表在無線傳輸采用模擬式的FM調制，將介于300Hz到3400Hz的語音轉換到高頻的載波頻率MHz上。

第二代移動通信系統(tǒng)（2G）

從1G跨入2G的分水嶺則是從模擬調制進入到數字調制，第二代移動通信具備高度的保密性，系統(tǒng)的容量也在增加，同時能夠提高多種業(yè)務服務。但那個時代GSM的網速僅有9.6KB/s。

第三代移動通信系統(tǒng)（3G）

國際電信聯盟（ITU）發(fā)布了官方第3代移動通信（3G）標準IMT-2000（國際移動通信2000標準）。3G存在四種標準式，分別是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。

第四代移動通信系統(tǒng)（4G）

4G包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數據、高質量、音頻、視頻和圖像.4G能夠以100Mbps以上的速度下載，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。

5G的意義

1G主要解決語音通信的問題；2G可支持窄帶的分組數據通信，最高理論速率為236kbps；3G在2G的基礎上，發(fā)展了諸如圖像、音樂、視頻流的高帶寬多媒體通信；4G是專為移動互聯網而設計的通信技術，從網速、容量、穩(wěn)定性上都有極大的提升；

那么，5G將會帶來什么？

1、通過引入新的無線傳輸技術將資源利用率在4G的基礎上提高10倍以上；

2、通過引入新的體系結構(如超密集小區(qū)結構等)和更加深度的智能化能力將整個系統(tǒng)的吞吐率提高25倍左右；

3、進一步挖掘新的頻率資源(如高頻段、毫米波與可見光等),使未來無線移動通信的頻率資源擴展4倍左右；

5G的關鍵技術

關鍵技術一：高頻段傳輸

移動通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分擁擠，而在高頻段(如毫米波、厘米波頻段)可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀，可以實現極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。

高頻段在移動通信中的應用是未來的發(fā)展趨勢，業(yè)界對此高度關注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動通信的主要優(yōu)點，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點。射頻器件、系統(tǒng)設計等方面的問題也有待進一步研究和解決。

監(jiān)測高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進行科學規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。

關鍵技術二：新型多天線傳輸

多天線技術經歷了從無源到有源，從二維(2D)到三維(3D)，從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實現頻譜效率提升數十倍甚至更高，是目前5G技術重要的研究方向之一。

由于引入了有源天線陣列，基站側可支持的協(xié)作天線數量將達到128根。此外，原來的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結合高頻段毫米波技術，將進一步改善無線信號覆蓋性能。

目前研究人員正在針對大規(guī)模天線信道測量與建模、陣列設計與校準、導頻信道、碼本及反饋機制等問題進行研究，未來將支持更多的用戶空分多址(SDMA)，顯著降低發(fā)射功率，實現綠色節(jié)能，提升覆蓋能力。

關鍵技術三：同時同頻全雙工

最近幾年，同時同頻全雙工技術吸引了業(yè)界的注意力。利用該技術，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。

全雙工技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術需要具備極高的干擾消除能力，這對干擾消除技術提出了極大的挑戰(zhàn)，同時還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問題。在多天線及組網場景下，全雙工技術的應用難度更大。

關鍵技術四：D2D

傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網方式是以基站為中心實現小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網絡結構在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業(yè)務不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務提供方式已無法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務需求。

D2D技術無需借助基站的幫助就能夠實現通信終端之間的直接通信，拓展網絡連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質量高，D2D能夠實現較高的數據速率、較低的時延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網絡架構和連接方法，提升鏈路靈活性和網絡可靠性。目前，D2D采用廣播、組播和單播技術方案，未來將發(fā)展其增強技術，包括基于D2D的中繼技術、多天線技術和聯合編碼技術等。

關鍵技術五：密集網絡

在未來的5G通信中，無線通信網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數據流量將出現井噴式的增長。未來數據業(yè)務將主要分布在室內和熱點地區(qū)，這使得超密集網絡成為實現未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集網絡能夠改善網絡覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對業(yè)務進行分流，具有更靈活的網絡部署和更高效的頻率復用。未來，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網絡方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達100個以上。

與此同時，愈發(fā)密集的網絡部署也使得網絡拓撲更加復雜，小區(qū)間干擾已經成為制約系統(tǒng)容量增長的主要因素，極大地降低了網絡能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動性增強方案等，都是目前密集網絡方面的研究熱點。

關鍵技術六：新型網絡架構

目前，LTE接入網采用網絡扁平化架構，減小了系統(tǒng)時延，降低了建網成本和維護成本。未來5G可能采用C-RAN接入網架構。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無線電和實時云計算構架的綠色無線接入網構架。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網絡，直接在遠端天線和集中化的中心節(jié)點間傳送無線信號，以構建覆蓋上百個基站服務區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入系統(tǒng)。C-RAN架構適于采用協(xié)同技術，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時便于實現動態(tài)使用的智能化組網，集中處理有利于降低成本，便于維護，減少運營支出。目前的研究內容包括C-RAN的架構和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等。

5G的應用領域

5G并不是獨立的、全新的無線接入技術，而是對現有(包括2G、3G、4G和WiFi)的技術演進。依據5G的特點以及國際標準規(guī)劃，將5G分為三大應用場景：eMMB(即enhanced Mobile BroadBand，增強型移動帶寬)、mMTC(即Massive Machine Type Communication，海量機器類通信)和uRLLC(即Ultra-Reliable Low Latency Connection，超可靠低時延通信)

eMMB——增強移動帶寬，保證大量數據傳輸

增強型移動帶寬主要表現在網絡容量的提升，支持不同的設備同時進行大量的數據傳輸，帶寬增強也意味著傳輸速率增加。超大的網絡吞吐量以及更快的速率使得用戶能夠獲得更好的用戶體驗。該應用場景包括AR/VR、社交網絡、遠程教育培訓、無線家庭娛樂等一些需要超高清視頻數據傳輸的領域。

AR/VR

最典型的應用場景就是AR/VR，該應用對帶寬的需求是巨大的，需要大量的數據傳輸、存儲和計算功能，超高體驗的游戲和建模、實時渲染和下載以及需要高達100Mbps至9.4Gbps的大帶寬，當前主要用在游戲、廣告等領域。

社交網絡

移動視頻業(yè)務不斷發(fā)展，一些領先的社交網絡推出直播視頻。為了保證實時的互動性，1對多的用戶交流，需要超大帶寬以及超高速進行視頻數據傳輸，流媒體錄像設備從手機攝像頭發(fā)展到了360°全景直播。

無線家庭娛樂

無線家庭娛樂(如家庭監(jiān)控，流媒體和云游戲)同樣受益于5G。帶寬越高，視頻流質量越好，5G有望提供響應式和沉浸式的4K游戲體驗，使大部分家庭的數據速率高于75 Mbps，延遲低于10毫秒。

mMTC——海量機器類通信，大量設備接入，數據傳輸

海量機器類通信主要體現在物聯網領域。其實，物聯網的設備很簡單，需要傳輸的數據信息量也不大。海量的物聯網設備數據傳輸是5G相對于前幾代通信技術的一個全新的應用領域。應用場景大致分為以下幾種：智慧農業(yè)(土地、農作物以及天氣數據)、智慧城市(實體基礎設施設備連接)、智能制造(機器人控制、零部件監(jiān)測)、智能家居等，在這些應用場景中，我們可以看到5G變革性的影響。

智慧農業(yè)

智慧農業(yè)需要海量的數據傳輸，如土壤溫濕度數據、農作物生長數據、空氣二氧化碳、氧氣濃度數據等，5G有望實現大量的傳感器數據傳輸，實時監(jiān)測作物生長情況。

智慧城市

智慧城市涉及各個方面，包括智能電網、智慧樓宇、智能交通等，將變電站、電能表、樓宇安防、交通信號燈等設備數據傳輸至數據平臺，實現海量設備的通信要求。

智能家居

智能家居將電視、音箱、冰箱以及窗簾等家庭智能硬件進行數據傳輸，通過智能家居的控制中心和樞紐，實現家庭硬件設備智能化。

uRLLC——超可靠、低時延，傳輸速度快、穩(wěn)定可靠

相對于4G網絡，由于采用了“自包含集成子幀”、可伸縮傳輸時間間隔等新技術，傳輸延遲顯著降低，最低可低至1ms，同時可靠性遠遠強于4G，因此該應用場景可以用在那些對網絡時延很敏感以及對數據傳輸可靠性很高的領域，比如車輛網(自動駕駛)、遠程醫(yī)療診斷(實時傳輸、超低時延)、無人機(巡檢和安防)以及智慧能源(饋線自動化系統(tǒng))等。

自動駕駛

驅動汽車產業(yè)變革的關鍵技術——自動駕駛、遠程控制等，需要安全、可靠、低延遲和高帶寬的連接，這些連接特性在高速公路和密集城市中至關重要，只有5G才能滿足這樣嚴格的要求。

遠程醫(yī)療診斷

具備力反饋的遠程醫(yī)療診斷需要低延遲的網絡環(huán)境才能滿足要求。像無線內窺鏡和超聲波這樣的遠程診斷依賴于設備終端和患者之間的交互作用。遠程診斷是一類特別的應用，尤其依賴5G網絡的低延遲和高QoS保障特性。

智慧能源

智慧能源——饋線自動化(FA)系統(tǒng)對可再生能源具有特別重要的價值，需要超低時延的通信網絡支撐。通過為能源供應商提供智能分布式饋線系統(tǒng)所需的專用網絡切片，能夠進行智能分析并實時響應異常信息，從而實現更快速準確的電網控制。

以上只是大概說明了當前5G的三大場景可應用的領域，但5G未來的潛力不只限于這些。隨著時間的推移，還會出現更多的應用場景。在現階段，只有eMMB完成了國際的標準制定，其余均處于標準商討階段，預計2019年底，實現5G標準的全面凍結。5G的發(fā)展支撐著物聯網的發(fā)展，物聯網的需求促進著5G技術的進步，如何將5G技術應用于更多的物聯網領域，也許才是真正需要關注的重點。