5G是什么？5G的关键技术简介

5G是什么？5G的关键技术

• 移动通信发展历程
• 5G 的应用场景
• 5G 的关键技术

移动通信发展历程

在移动通信领域，常听到“3G”、“4G”的术语。“G”是“Generation”的简写，每一个“G”， 都代表了移动通信的一个发展阶段，也是一个时代。 移动通信技术从 20 世纪 80 年代诞生 开始，历经这 30 多年的发展，大约每 10 年历经一个发展阶段。下面介绍一下，移动通信 从“1G”到“5G”的发展历程。

第一代移动通信系统（1G）

第一代移动通信技术诞生于美国贝尔实验室。1978 年，美国贝尔实验使研制成功高级 移动电话系统（AMPS,Advanced Mobile PhoneAccess）,建成蜂窝状移动通信系统。蜂窝网的概念也由贝尔实验室首次提出，并沿用至今。一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。原理相对简单，是将 模拟信号进行调制/解调,然后通过分配的无线频率资源进行传送。 1G 时代的技术引领者，是美国的摩托罗拉公司，他的无线通信代表产品，就是人们俗 称的“大哥大”。在 1G 模拟通信时代，摩托罗拉拥有绝对的霸主地位，占全球市场份额一度 高达 70%，拥有多项无线通信技术专利。第一代移动通信主要代表系统，包括：AMPS、NMT、TACS 等。 中国主要采用的是 TACS(TotalAccess Communications System，改进型总接入通信 系统)。 中国第一代移动通信系统于 1987 年 11 月 18 日，在广东第六届全运会上正式开通并商 用。这也代表着中国移动通信行业，“1G”时代的到来。采用模拟信号传输的第一代移动通信系统有着很多缺陷，比如：通话质量差、信号不稳定，容易被窃听等。没有国际标准，无法实现国际漫游。

第二代移动通信系统（2G）

2G 技术的引领者属于欧洲。1982 年，欧洲邮电管委会提出了 GSM（全球移动通信系 统）标准。1990 年之后，GSM 成为欧洲乃至世界的第二代移动通信标准。GSM 采用时分多址（TDMA）方式传输数据，具有标准化程度、接口开放的特点。GSM 是移动通信信系统的里程碑，巅峰时期占据了全世界 85%的市场份额，是 2G 时代的名副 其实的霸主。GSM 数据传输速率为上行 9.6kbit/s，下行为 14.4kbit/s。IS-95 IS-95 是北美的数字蜂窝通信标准，采用码分多址（CDMA）方式传输数据，具有容量 大、语音质量好等优点，但由于标准化程度低，市场规模远不如 GSM 系统。 2G 时代还有个过渡版本——2.5G。为了实现更大的数据传输能力，自 1996 年开始， 陆续出现了 GPRS、EDGE 和 IS-95B(后演进为 CDMA1X)等升级技术，被称作 2.5G。 2.5G 技术是 2G 时代的有力补充，GPRS 数据传输速率上行为 9.6kbit/s,下行为 116kbit/s；EDGE 数据传输速率上下行均为 384Kbit/s,有力的担当起了当时的一些多媒体等 应用需求，延长了 GSM 系统的生命周期。

第三代移动通信系统（3G）

3G 时代到来，移动通信开始由窄带走向宽带。3G 系统与以往系统不同，它是第一个 由 ITU（国际电信联盟）发布的国际标准。能够同时传送语音、数据、图文、视频等多媒体 应用。上行数据传输速率 5.76Mbit/s，下行数据传输速率可达到 7.2Mbit/s。 3G 系统存在三种标准，分别是 CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。 WCDMA全称为Wideband CDMA， 是由GSM发展而来，也是由欧洲提出的宽带CDMA 技术，可以实现在现有 GSM 网络上平滑升级。因此，也成全球应用最广泛的 3G 标准，曾 占据全球 3G 系统 80%的市场份额。 CDMA2000 也称为 CDMA1X,是由美国高通北美公司提出的，这套系统建设成本低廉。 但使用 CDMA 的地区只有日本、北美、韩国等少数国家地区，所以全球应用并不广泛。 TD-SCDMA 是由中国提出的 3G 标准，1999 年 6 月 29 日，由大唐电信（原邮电部电 信科学技术研究院）向 ITU 提出，具有辐射低的特点，在频谱利用率、频率灵活性及成本等方面，具有优势。 自 3G 开始，中国在世界移动通信技术领域中，占据了一席之地。

第四代移动通信系统（4G）

4G 是当下正在使用的移动通信技术。 4G 时代被 ITU 承认的 4G 标准有两个：LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced。 2012 年 1 月 18 日，ITU（国际电信联盟）在 2012 年无线电通信全会全体会议上，正 式审议通过将 LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced 确立为 4G 国际标准。由中国主 导制定的 TD-LTE-Advanced 成为 4G 国际标准。后与 FDD-LTE-Advanced 标准，统一为LTE-Advanced。 采用 LTE-Advanced 的 4G 技术，峰值速率可以达到上行 500Mbit/s，下行 1Gbit/s，有力的支持大带宽应用。 4G 的高速率传输，催生了直播和短视频等移动端应用的爆发式增长，移动端的应用变得更加丰富多彩，高清视频、智能家居、物联网，日益走进大众生活。

第五代移动通信系统（5G）

从 1G 到 4G 发展过程中， 技术的升级主要体现在在速率的提升，以及稳定性、安全 性等指标的提升方面。那么 5G 会给我们带来哪些改变呢？当下有一个观点——“4G 改变生 活，5G 改变社会”。5G 最大的改变就是实现从人与人之间的通信走向人与物、物与物之间的通信，实现万物互联，推动社会发展。
5G 的意义不只是单纯地在手机上，万物互联也不仅仅只是一个口号，人工智能，无人 驾驶等方面都离不开 5G 的高速连接。如果没有 5G，相关联的其他产业的发展也会受到制 约，落后于别人。这也是各国重视 5G,争夺 5G 话语权的主要原因。

5G 的应用场景

2015 年 6 月 ITU 定义的 5G 未来移动应用包括以下三大领域：

增强型移动宽带 (eMBB)：人的通信是移动通信需要优 先满足的基础需求。未来 eMBB将通过更高的带宽和更短的时延继续提升人类的视觉体验； 
大规模机器类通信(mMTC)：针对万物互联的垂直行业，IoT 产业发展迅速，未来将出
现大量的移动通信传感器网络，对接入数量和能效有很高要求；  高可靠低时延通信(uRLLC)：针对特殊垂直行业，例如工业自动化、远程医疗、智能电 网等需要高可靠性+低时延的业务需求。

5G 的关键技术

1. 超密集组网（UDN）
   超密集网络需要由大量的小基站构成，小基站是低功率的无线接入点， 工作在授权的步谱，覆盖范围一般为 10m~200m，相比之下，宏基站的覆盖范围可达数千 米。常见的小基站又可细分为家庭基站、微微基站、微基站等。
   2 .大规模天线阵列（Massive MIMO 技术）
   传统的 MIMO 技术在 4G 网络中已广泛使用。由于 5G 移动通信系统对传输速率的要求 远高于现有的 4G 通信系统，传统的 MIMO 技术已不能满足 5G 系统的性能要求。Massive MIMO 技术应运而生，为 5G 的高速率传输提供了全新的解决方案。它是在收发两端装备超大数目的天线，从而在相同的时频资源块上，同时服务几十个用户。
2. 动态自组织网络（SON）
   动态自组织网络用于满足 5G 两方面的性能要求：低时延、高可靠场景下降低端到端时延，提高传输可靠性；在低功耗、大连接场景下延伸网络覆盖和接入能力。在传统蜂窝网络架构下，终端必须通过基站和蜂窝网网关才能与目标端进行通信。在这种架构下，终端在获得数据传输服务前必须首先选择一个服务基站，与服务基站建立并保持连接。
   在动态自组织网络中，任何接入网节点，都具备数据存储和转发功能，动态自组网中的每个节点，都具备无线信号收发能力，并且每个节点，都可以与上一个或多个相邻节点进行无线通信，整个自组网呈网状结构。在动态自组织网络中，任何节点间（终端与终端、终端与基站、基站与基站等）均通过无线通信，无须任何布线，并具有支持分布式网络的冗余机制和重新路由功能。任何新节点（如终端或基站）的添加，只需要简单的接上电源即可，节点可自动配置，并确定最佳多跳传输路径。
   动态自组网有如下优点：
   部署灵活,支持多跳,高可靠性,支持超高带宽
   4 .软件定义网路（SDN）
   其核心思想是将传统网络设备的数据平面和控制平面分离，使用户能通过标准化的接口对各种网络转发设备进行统一管理和配置。承上对上层应用提供网络编程的接口，启下提供对实际物理网络网元的管理。
   5 网络功能虚拟化（NFV）
   其核心思想是将软件与硬件解耦，基于通用计算、存储、网络设备实现电信网络功能，提升管理和维护效率，增强系统灵活性。传统的专用硬件网络及通信设备，将逐步虚拟化、软件化，部署更加灵活，管理和维护成本更低。

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