5G萬物互聯時代

圖：AR/VR科技需要利用更快的5G技術承載虛擬現實圖形所需的高負載數據傳輸

隨着互聯網技術的飛速發展，高速、便捷、廉價的移動互聯網已成為人們追求的目標。4G網絡在全球的大規模使用，移動寬帶的普及，為人們的生活提供了極大的便利。在目前的4G環境下，只有手機和電腦連接到4G網絡，但在5G時代，大到一個車位，小到一個針腳，都可以同時接入5G網絡，這是所有事物的相互連接。如果說3G和4G時代完成了人與人之間的連接，那麼5G將完成世界上所有事物的互聯。未來，人們接觸的每個物體都有傳感器，通過5G進行數據交換，超出時間和空間的限制。從汽車聯網到資產追蹤，智能農業，智能城市（包括無人駕駛，人工智能）都必須基於5G。在這個萬物互聯時代，交流幾乎決定技術發展的命運。全球5G移動通信技術正在進入公眾視野，作為4G技術的延伸，5G無線通信技術可以實現更好的改進和創新，實現數據業務應用的質的飛躍。本文重點介紹5G無線通信技術的概念，原理及相關應用。」

5G涉及的關鍵技術仍處於開發階段，主要包括以下幾個方面：

（1）超密集異構網絡：

未來5G網絡將會呈現多元化、寬帶化、綜合化、智能化等特點，隨着智能終端的發展，移動數據流量將呈現爆炸式增長，為了保證5G網絡支持千倍流量增長，最好能夠減少區域半徑，增加低功率節點數量。由此可見，在未來網絡5G網絡數據流量發展中，超密集異構網絡是一種非常關鍵的技術。

（2）自組織網絡：

在傳統的無線通信網絡中，需要手動執行網絡部署、配置等，這需要大量的人力資源，此外還不能保證工作效率。移動通信想要快速發展，傳統的方法難以優化網絡，由此提出了自組織網絡的概念，其不僅可以解決運營商的部署問題，還可以進一步降低運營商的投入成本，這樣可以進一步滿足客戶使用的效率。該理念的主要設計思路是使網絡擁有自組織能力，比如自由化、自愈合等，使網絡的部署、維護、排障以及優化等得以自動化，這樣可以很大程度上避免人工干預。

（3）內容分發網絡：

網絡運營商和內容提供商面臨的一大挑戰是如何分發大流量業務內容，從根本上減少用戶訪問信息的延遲。內容分發網絡將成為未來5G網絡的使用提供重要的支撐作用。基於傳統網絡，內容分發網絡將添加新的層次，成為智能虛擬網絡。根據節點連接狀態，負載和用戶距離等信息，CDN系統將做出全面的考慮，並在用戶最近的CDN代理服務器上發布相關內容，使客戶能夠獲取相關信息，避免網絡擁塞，縮短響應時間，提高工作效率。用戶則建立了多個CDN代理服務器，減少了延遲並提高了服務質量。

（4）D2D通信：

D2D通信是設備之間直接通信技術的縮寫，在近距離範圍內，能夠使終端通過鏈路使數據實現傳輸，不用通過任何中間節點。短程直通技術有許多優點，如下：可以保證很大的數據效率，低延遲和低功耗；可以有效地利用頻譜資源來獲得資源空分復用增益；它還可以共享本地數據，例如啟用無線P2P服務和使數據服務更加靈活；通信終端的數量很大並且分布廣泛，並且可以利用網絡的這種特徵來擴展網絡的覆蓋範圍。D2D通信不僅可以提高頻譜利用率，還可以保證系統質量，這將是5G未來的關鍵研究技術之一。

（5）M2M通信：

M2M通信是物聯網領域最常見的應用形式。正面臨前所未有的挑戰，大量的M2M終端接入將直接導致無線網絡的過載，影響移動用戶的通信質量，甚至使用戶難以接入網絡，面對這樣的問題，我們可加強自適應負荷控制機制的研究。

5G時代背景

移動通信技術始於20世紀70年代，經過40多年的蓬勃發展，已滲透到現代社會的各個行業。在該過程中，移動通信系統從第一代系統躍遷到當前的第四代移動通信系統。第一代基於模擬技術實現的系統僅支持語音業務；第二代系統已經擴展和支持低速率的數字語音業務和短消息業務；第三代系統，進一步提升系統傳輸速率，可實現圖像傳輸、視頻流傳輸以及互聯網瀏覽等移動互聯網業務；採用OFDM、MIMO等核心技術的第四代LTE網絡在全球部署中極大地推動了移動互聯網的發展。多種多樣的新型業務和琳琅滿目的終端都持續刺激並培養了人們的數據消費習慣。新一代信息革命將利用移動互聯網，智能傳感，大數據，智能學習等形成新的服務體系，5G將是這場信息革命的基礎技術。除了移動通信技術的升級，5G是各種無線接入技術演進集成解決方案的總稱，除了解決人與人之間的通信外，它還解決人與事物，事物和事物之間的聯繫，並實現所有事物的相互聯繫。

從3G到4G再到5G，通信技術不斷推陳出新，也在推出更多的應用信息應用技術和場景。2016年，3GPP正式啟動5G標準化研究工作。5G網絡的關鍵功能比前幾代產品更加豐富。根據IMT-2020定義，5G峰值速率應達到20Gbit/s，用戶體驗速率應達0.1~1Gbit/s，頻譜效率比4G高三倍以上，支持500km/h以上的高速運動，延遲小於1ms。1平方千米要達到百萬級別的連接數，網絡能效有百倍的提升。用戶體驗率，連接數和延遲是5G的三個基本性能指標。

5G特點

與4G網絡相比，5G具有高帶寬，低延遲，高可靠性，超低功耗，大網絡容量及峰值速率高等特性。在用戶體驗方面，若下載8G高清電影，3G網絡需要70分鐘，4G網絡7分鐘，5G網絡6秒。5G網絡的最大優勢體現在物聯網上，將形成全球統一的網絡標準，解決全球漫遊問題，並大幅降低設備和終端的成本。5G時代的網絡連接，具有目前傳統網絡連接所不可比擬的方式和特點，移動通信系統的IMT-2020，可以將網絡帶寬的制約和限制完全消除，提高無線電信號無線傳輸和接收技術進步的高效率物與物之間的連接，可以實現嶄新的無線網絡協議。憑藉類似光的錄製效率和非常短的時間限制，可以使用千億設備的通用連接功能來移動具有超高密度流和超高連接密度數的場景，提供用戶熟知的智能優化服務，大大降低電信運營商的成本。

5G的應用

增強型移動寬帶：

指的是在目前寬帶移動通信業務基礎上，以改變和提升用戶體驗等為目標的嘗試和改進。性能提升可以支持高流量移動寬帶服務（如3D/超高清視頻）的高效部署。3GPPRAN187次會議確定華為的PolarCode（極化碼）方案為5GeMBB場景編碼方案。此方案將基於現有移動寬帶帶來新的應用領域，同時進一步提高性能並改善用戶體驗。該場景下又包括：熱點覆蓋和廣域覆蓋。對於熱點，需要高用戶密度和高服務容量，並且用戶的移動速度低，但用戶的數據速率高於廣域覆蓋；而廣域覆蓋兼顧一定的移動性，數據速率要求相比熱點地區適度放鬆。

大規模機器類通信：

在物聯網的應用場景中，大規模的機器式通信和eMTC有不同的側重點。mMTC主要是人與物之間的信息交互，eMTC主要體現物與物之間的通信需求，這種情況的特點是大量連接的終端，少量時延不敏感數據，低終端成本和長電池壽命。

高可靠低時延通信：

高可靠性和低時延通信方案對吞吐率、時延、可用性等能力有嚴格的要求。典型的應用實例如：通過無線系統控制工業製造或生產過程，遠程醫療，智能電網的自動配電，傳輸安全等。

小結

本文簡要介紹了5G的發展，特點，原理及其應用。當前5G網絡發展路線圖已越發明朗，「信息隨心至，萬物觸手及」的願景正逐步走向現實。5G網絡將是一個以用戶、業務為中心的網絡，其具備的高用戶體驗速率、超大連接數據以及低通信時延能力將成為移動互聯網、物聯網新生業務的基礎，而大量新業務對網絡質量的要求，又推進了5G網絡不斷完善。業務與網絡，已成為移動生活當中的兩面，今後互聯網企業與電信運營商、科研機構、設備商將會相互滲透，誰能抓住了5G網絡變革的機會，誰就能脫穎而出，佔據未來十年信息產業前沿。

【華發網根據大公報採編】