本文带你了解第五代移动通信系统5G

 移动通信自20世纪80年代诞生以来，经过三十多年的爆发式增长，已成为连接人类社会的基础信息网络。随着信息和网络技术的快速发展，无线移动通信网络的数据流量正以每年接近100%的速度增长，新兴智能业务更是层出不穷，迫切需要更加高速、更加高效、更加智能化的新一代无线移动通信技术来支撑。

因此，在全球第4代移动通信(4G)网络的部署方兴未艾之时，第5代移动通信技术(5G，fifth- generation)的研发已拉开大幕，成为整个学术界和信息产业界最热门的课题之一，掀起全球移动通信领域新一轮的技术竞争。

 

 

上图来源：5G概念白皮书

移动通信的发展不仅深刻改变了人们的生活方式，而且已成为推动国民经济发展、提升社会信息化水平的重要引擎。随着4G进入规模商用阶段，面向2020年及未来的第五代移动通信(5G)已成为全球研发热点。

那么，到底什么是5G?

5G是继4G之后，为了满足智能终端的快速普及和移动互联网的高速发展而正在研发的新一代移动通信技术，是面向2020年以后人类信息社会需求的第五代移动通信网络。

 

 

回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义，其中：

1G：采用频分多址(FDMA)，只能提供模拟语音业务;

2G：主要采用时分多址(TDMA)，可提供数字语音和低速数据业务;

3G：以码分多址(CDMA)为技术特征，用户峰值速率达到2Mbps至数十Mbps，可以支持多媒体数据业务;

4G：以正交频分多址(OFDMA)技术为核心，用户峰值速率可达100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。

5G：关键能力比以前几代移动通信更加丰富，用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等都将成为5G的关键性能指标。

 

 

上图来源：5G概念白皮书

业界认为5G 应具有如下的基本特征：

1、互联网设备数目扩大100倍

随着物联网和智能终端的快速发展，预计2020年后，联网的设备数目将达到500～1000亿部(个)。未来的5G网络单位覆盖面积内支持的设备数目将大大增加，相对于目前的4G网络将增长100倍，一些特殊应用，单位面积内通过5G联网的设备数目将达到100万。

2、数据流量增长1000倍

业界预测10年后，全球移动数据流量将达到2010年的1000倍。因此，5G的单位面积的吞吐量能力，特别是忙时吞吐量能力也要求提升1000倍，至少达到100 Gb/s/km2以上。

3、峰值速率至少10Gb/s

面向2020年的5G网络，相对于4G网络的峰值速率，其峰值速率需要提升10倍，即达到10Gb/s，特殊场景下，用户的单链路速率要求达到10Gb/s。

4、用户可获得速率达到10Mb/s，特殊用户需求达到100Mb /s

未来5G网络，在绝大多数的条件下，任何用户一般都能够获得10Mb/s以上的速率，对于诸如急救车内高清医疗图像传输服务等特殊需求用户和业务，获得速率将高达100Mb/s。

5、网络耗能低

绿色低碳、节省能源是未来通信技术的发展趋势，未来的5G 网络，要利用端到端的节能设计，使网络综合能耗效率提高1 000 倍，满足1 000 倍流量要求，但能耗与现有网络相当的水平。

6、频谱利用率高

由于5G网络的用户规模大、业务量大、流量高，对频率的需求量大，要通过演进及频率倍增或压缩等创新技术的应用，提升频率利用率。相对于4G网络，5G 的平均频谱效率需要5～10倍的提升，解决大流量带来的频谱资源短缺问题。

7、可靠性高和时延短

2020年的5G网络，要满足用户随时随地的在线体验服务，并满足诸如应急通信、工业信息系统等更多高价值场景需求。因此，要求进一步降低用户时延和控制时延，相对于4G网络要缩短5～10倍。

 

 

面对多样化场景的极端差异化性能需求，5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。此外，当前无线技术创新也呈现多元化发展趋势，除了新型多址技术之外，大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型网络架构等也被认为是5G主要技术方向，均能够在5G主要技术场景中发挥关键作用。

因此，综合5G关键能力与核心技术，5G概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。其中，标志性能力指标为“Gbps用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。

在未来5G要实现的技术场景

面向2020年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。

 

 

上图来源：5G概念白皮书

5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。

与此同时，5G还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。

总之，5G是面向2020年信息社会需求的新一代移动通信系统，学术界和产业界正在对其概念和技术进行广泛探讨，尽管尚未形成统一的标准，但随着信息和网络技术的快速发展，5G的关键技术将取得实质性的突破，具有更广阔的应用前景，全面提升全球信息化程度和经济发展，这将是一个必然的趋势，未来的世界是信息化的世界，通信系统技术的发展则是信息化进展的“催化剂”!