5g关键技术 5G那点事

导语

5G改变着社会的产业形态，同时也在改变着我们的生活

5G是什么

5G是由标准化机构“第三代合作伙伴计划组织”(3rd Generation Partnership Project，简称为3GPP）负责制定新一代通信技术标准。目前其成员包括中国、欧洲、日本、韩国和北美的相关行业机构。基于5G的下一代移动互联网连接，可以为智能手机及其他兼容设备提供比4G更快更稳定的网络连接，一方面相较于4G平均100Mbps的下载速率，5G所提供1Gbps的速率将成为常态，也就是说下载一部1.2G的高清电影正片只需要不到2秒；另一方面是可靠性更高，时延更小，这也是是推动物联网技术、工业控制和远程控制等特殊行业发展的重要保障。有些特殊领域如无人驾驶和远程医疗，对时延的要求往往要达到1ms。5G将有助于推动此类相关行业技术的广泛应用，进一步增强移动互联网的实用性和适用性，通过万物互联彻底改变人与物的信息交方式。

表哥告诉你5哥的前世今生

用过前两款手机的前辈，见证了移动通信发展的全部历程。

从全球的移动通信发展历程来看，新的移动通信技术基本上每十年一次迭代升级，继而推动新的业务类型和应用不断涌现。每一代新的移动通信技术改变着人类的沟通方式，5G的发展将会改变人类的生活方式。

科普一下各方开展5G部署的进度

全球范围：

美国倡导5G前沿产业发展：

欧洲主导5G标准节奏：

中国积极推进2020年商用：

日韩商用计划超前：

全国范围：

2016.5.31

第一届全球5G大会 北京

时任工信部长苗圩指出，5G将推动移动通信技术产业的重大飞跃，带动芯片、软件等快速发展，并将与工业、交通、医疗等行业深度融合，催生工业互联网、车联网等新业态。

2017.6.23

世界移动互联网大会 北京

“数据智能，遇见未来”、“万物互联，智慧生活”两大核心概念，促进新经济形势下的大数据智能转型，同时中国将投入1800亿美元建全球最大的5G网络。

2017.6.28

GTI国际产业峰会 上海

“联合创新，迈向5G”工信部高度重视移动通信产业发展，围绕实施网络强国战略，协同推进4G发展和5G研发工作。中国移动致力于加速推动产业成熟，力争在2020年实现5G网络规模商用的目标。

2017.9.28

第二届5G创新发展高峰论坛 北京

“加速5G创新发展，共建5G产业生态” 明确提出了要加快推进我国5G发展的要求。紧扣5G国际标准化进程，加快5G相关频段研发进度，强化5G产业链协同推进。

2019.2.25

世界移动通信大会 巴塞罗那

青岛港作为全球首家应用5G技术的港口，应邀出席“全球首个5G智慧港口发布会”，赢得全球与会代表的广泛肯定和赞赏。

中国移动：

16

06月

5G联合创新中心成立

旨在4G-5G演进过程中，联合通信及垂直行业合作伙伴构建合作共赢的融合生态

17

12月

开启5G实验

北京、上海、广州、苏州、宁波5个城市启动5G试验

18

04月

创新中心合作伙伴大会

成立国内首个具备基于5G最新标准的端到端能力的开放实验室——5G联创中央（北京）实验室

18

12月

全球合作伙伴大会、5G创新合作峰会

合作伙伴聚焦5G、智能物联、数字家庭、移动互联、新零售等领域

19

03月

实现首次5G直播

19

04月

实现首次5G通话

2通俗理解5G技术

? 带宽扩容：

目前中国移动4G环境下人均月使用流量约是12GB左右，5G时代每月人均流量将到达1GB左右，速率会高达10～50Gbps，如此的高速率要靠什么资源来支撑呢？必须要靠更大的带宽！

带宽好比是道路宽度，4G是双向2车道的县级公路，5G就是双向20车道高速公路。最大速率好比是这条道路可承载的最大车流量。显然，高速公路可以提供比县级公路更快更稳定的行车速度以及更多的行车道。

随着通信技术的发展，人类对通信速率的要求越来越高，相信身边的许多人也经历了从路杆和房子外墙上几根电话线→几百根电话线→同轴电缆→光纤的时代的变迁。

而手机通信使用的是无线信道，它的带宽增加核心方法就是采用更高的频段。这就解释了为什么从2G-5G的演进时频段逐步的在增加。

3G的2010 MHz -2025MHz

5G2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz

2G的900 MHz -1800MHz

4G的2675 MHz -2653 MHz

目前主流的4G LTE属于超高频和特高频，可以看得出来，5G时代若想获得更大的带宽和更高的速度，就要使用更高的频段。将来有可能使用到30GHz~70GHz甚至80GHz的频段，因此毫米波就顺理成章地成为了5G的一项关键技术。

? 毫米波：

毫米波的频率极高，波长短，相比4G频段具备几个显著特点：

? 频谱宽：极大程度的提升信道容量，频谱带宽轻松的就翻了10倍，传输速率得到巨大提升。

? 稳定性强：毫米波信号之间的相互干扰低，高增益天线的广泛应用，给毫米波提供了较好的方向性，也进一步消除了干扰，增强了安全性，降低了信号被截听的概率。

? 波长短：天线的物理尺寸与波长成正比，因此毫米波天线物理尺寸较小，更方便在移动设备上天线阵列。

? 损耗大：毫米波的损耗主要来自氧气、湿度、雨水。信号通过大气传播时被吸收和散射会导致信号衰减，频率越高，衰减越大。

? 覆盖范围小：波长与传播距离成正比。非理想状态下，70GHz的毫米波传播10米远之后，损耗就可达89.3dB甚至更高。因此需要提高发射功率、提高天线增益、提高接收灵敏度等方法来补偿。

? 穿透性差：除其他影响外，不易穿过建筑物或者障碍物也是一个弊端，甚至手握手机时。

那么为什么在通信发展的相当长一段时间5g关键技术，毫米波领域基本属于未被开垦的处女地？

一方面是适用性不足，5G之前的通信场景并不需要如此大的带宽和传输速率，而且毫米波传输损耗大、覆盖范围有限等弊端限制了该技术的规模化应用；

另一方面是市场需求有限，导致工作于毫米波频段的亚微米尺寸的集成电路原件的研发生产和相关技术领域的突破进展缓慢，如果从根本上解决传播、损耗、覆盖的问题，需要雄厚的技术储备和巨额的资金投入。

但是近十年，一切都发生着巨大的改变。

发展致稀缺：从2G时代到5G时代，通信行业经历了飞跃式的发展，各国政府和国际标准化组织作为资源拥有者和行标制定者，已基本将30GHz以内的频率资源售罄，但还存在着频率短缺和冲突，导致频率资源的稀缺性极高，价格不言而喻。毫米波被认为是未来十年通讯技术发展公认的一片沃土，并可预见将为入局者提供丰富的业务形态想象空间和高回报率的市场契机。

需求促创新：广阔的市场需求牵动着技术领域的创新和应用，毫米波频段集成电路元件的技术难题迅速被解决，新的生产工艺通过使用GaAs、GaN等新材料，关键性材料—纳米晶体管技术的商用，大大降低了毫米波应用成本。

? 微基站：

万物互联的5G时代，将会使接入网络的设备呈现几何级数的增长，相比目前，同一单位面积的接入设备可能会增至百倍甚至千倍，对带宽、覆盖面积、穿透和绕射能力都有更高的要求，这为基站微型化提供了充足的理由。

让我们试着想一下什么是宏站和微站。宏站好比是交警，辖区往往是一个或者几个路口。微站好比协警，负责一个单向路口的行人及交通安全。

宏站解决的是广域覆盖的问题，正如我们所见的户外以及楼顶的塔杆状基站和发射塔，覆盖方圆1-20平方公里的用户；微站解决的是微域覆盖的问题，多以室外分线箱和楼内微蜂窝设备状态呈现，覆盖本小区或者本楼层内用户。

微站避免了基站之间的频谱互扰，也降低了单基站的辐射功率，因此在5G时代手机的辐射功率将会进一步降低。功耗小待机时间会增加，对人体辐射也会减少。宏站就像房间里的火炉，近热远冷，微站就像是地暖发热均匀。微基站需求增加后，将会以灯杆箱、广告箱、楼内天花板等多种方式呈现。

无处不在的5G

5G之前主要是建立在人与人基础上的通信，5G则是人与物、物与人甚至是物与物之间的互通，因此未来的通信形态和应用领域将会有翻天覆地的变化，5G将推动移动互联网向智能互联网的转变。

以下是国际标准化组织（3GPP）为5G定义的三大主要场景：

增强移动宽带（eMBB）：超高清视频、云办公游戏、VR/AR等大流量移动宽带业务

海量机器类通信（eMTC）：智能家居、智慧城市、智慧交通等大规模物联网业务

超高可靠低延时通信（URLLC）：远程医疗、无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。

这三大场景对通信技术和行业延展性提出了更高的要求，甚至有些领域已经超出我们对传统通信的认知。5G既要解决速率、稳定性给用户带来的体验，又要考虑应用对功耗、时延的苛刻要求。在多维应用场景下，5G呈现出几个特点。

高速网络

5G环境下用户最直观的感受就是网速的大幅提升，其实和每一代通信技术一样，峰值速率和用户实际体验程度不同，主要是源于当时技术所处的时期，随着新技术的普及和广泛使用，目前不低于20Gb/S的峰值速率应该还有很大的提升空间。这个速度约等于一秒钟下载一部高清大片，同时也给许多对传输速率要求比较高的业务如AR、VR、4K、8K直播等提供了更多的想象空间。

广泛在网

主要体现在复杂场景的丰富应用，主要有两个方面。一是覆盖广度，一是覆盖深度

覆盖广度是指人类所及的各个地方的广覆盖，好比目前人烟稀少无法覆盖的高山深谷， 如果可以覆盖5G部署环测设备，可以为地形地貌监测、空气环境监控等提供非常宝贵的大数据。5G可以支持更多此类应用满足多样化的应用环境。

覆盖深度可以重点解决我们生活中信号无法覆盖或信号弱的情况，比如地库、地铁、密集楼宇内部等，实现更低成本的网络覆盖。

超低功耗

现在的智能手表、手机以及其他智能物联网设备，基本上一两天就要充电一次，5G时代可实现物联网设备的低功耗，从而使用户更广泛的接受。构建于蜂窝网络的NB-IoT，它不需要和5G的核心技术那样需重新建设网络，可以广泛部署在GSM和UMTS的网络上，而它的能力是大大降低功耗，也是为了满足5G对于低功耗物联网应用场景的需要，和eMTC一样，是5G网络体系的一个组成部分。

超低时延

超低时延是无人驾驶、远程医疗、工业自动化等自动化行业的基本保证，并为这些领域提供了更可靠的连接。

日常通话、游戏、视频等内容150毫秒左右的时延是可以被接受的，但自动化行业对时延提出了1ms甚至更低更严苛的要求。5G低时延满足面向未来广泛的行业应用，比如VR/AR时延需求为7-12ms，工业机器手臂时延需求为1-10ms。

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（编辑：晋中站长网）

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