5G 第五代移動通信系統(tǒng)你知多少？

移動通信自20世紀(jì)80年代誕生以來，經(jīng)過三十多年的爆發(fā)式增長，已成為連接人類社會的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，無線移動通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量正以每年接近100％的速度增長，新興智能業(yè)務(wù)更是層出不窮，迫切需要更加高速、更加高效、更加智能化的新一代無線移動通信技術(shù)來支撐。

因此，在全球第4代移動通信（4G）網(wǎng)絡(luò)的部署方興未艾之時，第5代移動通信技術(shù)（5G，fifth－ generation）的研發(fā)已拉開大幕，成為整個學(xué)術(shù)界和信息產(chǎn)業(yè)界最熱門的課題之一，掀起全球移動通信領(lǐng)域新一輪的技術(shù)競爭。

上圖來源：5G概念白皮書

移動通信的發(fā)展不僅深刻改變了人們的生活方式，而且已成為推動國民經(jīng)濟發(fā)展、提升社會信息化水平的重要引擎。隨著4G進(jìn)入規(guī)模商用階段，面向2020年及未來的第五代移動通信（5G）已成為全球研發(fā)熱點。

那么，到底什么是5G？

5G是繼4G之后，為了滿足智能終端的快速普及和移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展而正在研發(fā)的新一代移動通信技術(shù)，是面向2020年以后人類信息社會需求的第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)。

回顧移動通信的發(fā)展歷程，每一代移動通信系統(tǒng)都可以通過標(biāo)志性能力指標(biāo)和核心關(guān)鍵技術(shù)來定義，其中：

1G：采用頻分多址（FDMA），只能提供模擬語音業(yè)務(wù)；

2G：主要采用時分多址（TDMA），可提供數(shù)字語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

3G：以碼分多址（CDMA）為技術(shù)特征，用戶峰值速率達(dá)到2Mbps至數(shù)十Mbps，可以支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

4G：以正交頻分多址（OFDMA）技術(shù)為核心，用戶峰值速率可達(dá)100Mbps至1Gbps，能夠支持各種移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

5G：關(guān)鍵能力比以前幾代移動通信更加豐富，用戶體驗速率、連接數(shù)密度、端到端時延、峰值速率和移動性等都將成為5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

上圖來源：5G概念白皮書

業(yè)界認(rèn)為5G 應(yīng)具有如下的基本特征：

1、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)目擴大100倍

隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能終端的快速發(fā)展，預(yù)計2020年后，聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)目將達(dá)到500～1000億部（個）。未來的5G網(wǎng)絡(luò)單位覆蓋面積內(nèi)支持的設(shè)備數(shù)目將大大增加，相對于目前的4G網(wǎng)絡(luò)將增長100倍，一些特殊應(yīng)用，單位面積內(nèi)通過5G聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)目將達(dá)到100萬。

2、數(shù)據(jù)流量增長1000倍

業(yè)界預(yù)測10年后，全球移動數(shù)據(jù)流量將達(dá)到2010年的1000倍。因此，5G的單位面積的吞吐量能力，特別是忙時吞吐量能力也要求提升1000倍，至少達(dá)到100 Gb／s／km2以上。

3、峰值速率至少10Gb／s

面向2020年的5G網(wǎng)絡(luò)，相對于4G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率，其峰值速率需要提升10倍，即達(dá)到10Gb／s，特殊場景下，用戶的單鏈路速率要求達(dá)到10Gb／s。

4、用戶可獲得速率達(dá)到10Mb／s，特殊用戶需求達(dá)到100Mb ／s

未來5G網(wǎng)絡(luò)，在絕大多數(shù)的條件下，任何用戶一般都能夠獲得10Mb／s以上的速率，對于諸如急救車內(nèi)高清醫(yī)療圖像傳輸服務(wù)等特殊需求用戶和業(yè)務(wù)，獲得速率將高達(dá)100Mb／s。

5、網(wǎng)絡(luò)耗能低

綠色低碳、節(jié)省能源是未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，未來的5G 網(wǎng)絡(luò)，要利用端到端的節(jié)能設(shè)計，使網(wǎng)絡(luò)綜合能耗效率提高1 000 倍，滿足1 000 倍流量要求，但能耗與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)乃�平�?/p>

6、頻譜利用率高

由于5G網(wǎng)絡(luò)的用戶規(guī)模大、業(yè)務(wù)量大、流量高，對頻率的需求量大，要通過演進(jìn)及頻率倍增或壓縮等創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，提升頻率利用率。相對于4G網(wǎng)絡(luò)，5G 的平均頻譜效率需要5～10倍的提升，解決大流量帶來的頻譜資源短缺問題。

7、可靠性高和時延短

2020年的5G網(wǎng)絡(luò)，要滿足用戶隨時隨地的在線體驗服務(wù)，并滿足諸如應(yīng)急通信、工業(yè)信息系統(tǒng)等更多高價值場景需求。因此，要求進(jìn)一步降低用戶時延和控制時延，相對于4G網(wǎng)絡(luò)要縮短5～10倍。

面對多樣化場景的極端差異化性能需求，5G很難像以往一樣以某種單一技術(shù)為基礎(chǔ)形成針對所有場景的解決方案。此外，當(dāng)前無線技術(shù)創(chuàng)新也呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，除了新型多址技術(shù)之外，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等也被認(rèn)為是5G主要技術(shù)方向，均能夠在5G主要技術(shù)場景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

因此，綜合5G關(guān)鍵能力與核心技術(shù)，5G概念可由“標(biāo)志性能力指標(biāo)”和“一組關(guān)鍵技術(shù)”來共同定義。其中，標(biāo)志性能力指標(biāo)為“Gbps用戶體驗速率”，一組關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

在未來5G要實現(xiàn)的技術(shù)場景

面向2020年及未來，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將成為移動通信發(fā)展的主要驅(qū)動力。

上圖來源：5G概念白皮書

5G將滿足人們在居住、工作、休閑和交通等各種區(qū)域的多樣化業(yè)務(wù)需求，即便在密集住宅區(qū)、辦公室、體育場、露天集會、地鐵、快速路、高鐵和廣域覆蓋等具有超高流量密度、超高連接數(shù)密度、超高移動性特征的場景，也可以為用戶提供超高清視頻、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、云桌面、在線游戲等極致業(yè)務(wù)體驗。

與此同時，5G還將滲透到物聯(lián)網(wǎng)及各種行業(yè)領(lǐng)域，與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等深度融合，有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的多樣化業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。

總之，5G是面向2020年信息社會需求的新一代移動通信系統(tǒng)，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界正在對其概念和技術(shù)進(jìn)行廣泛探討，盡管尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，5G的關(guān)鍵技術(shù)將取得實質(zhì)性的突破，具有更廣闊的應(yīng)用前景，全面提升全球信息化程度和經(jīng)濟發(fā)展，這將是一個必然的趨勢，未來的世界是信息化的世界，通信系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展則是信息化進(jìn)展的“催化劑”！