5G 快速指南

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5G - 简介

随着20世纪80年代模拟蜂窝系统启动，无线电技术经历了快速且多方向的演变。此后，数字无线通信系统始终致力于满足人类日益增长的需求（1G，…4G，或现在的5G）。

因此，本文介绍了5G技术，重点介绍其主要特征、技术设计（架构）、优势、缺点、挑战和未来前景。

5G 的主要特征

第五代移动网络，简称5G，是移动技术的即将到来的革命。其功能和可用性远远超出了普通人的预期。凭借其超高速率，它足以改变手机可用性的含义。

凭借众多创新功能，您的智能手机现在将更接近于笔记本电脑。您可以使用宽带互联网连接；其他吸引人的重要功能包括更多游戏选项、更广泛的多媒体选项、随处连接、零延迟、更快的响应时间以及高质量的声音和高清视频，可以在其他手机上传输而不会影响音频和视频质量。

5G - 技术

如果我们回顾一下，就会发现每十年，移动技术领域都会有一代技术进步。从20世纪80年代的第一代（1G）、90年代的第二代（2G）、2000年代的第三代（3G）、2010年代的**第四代（4G）**，到现在的第五代（5G），我们正朝着越来越复杂和智能的技术发展。

什么是 5G 技术？

5G技术预计将提供新的（比以前更宽）频段以及每个频率信道的更宽频谱带宽。目前，前几代移动技术已经显示出峰值比特率的显著提高。那么——5G与之前的技术（尤其是4G）有何不同？答案是——不仅仅是比特率的提高使5G有别于4G，5G在以下方面也更为先进：

• 峰值比特率大幅提高
• 单位面积更大的数据量（即更高的系统频谱效率）
• 高容量，允许更多设备同时即时连接
• 更低的电池功耗
• 无论您身处哪个地理区域，都能获得更好的连接
• 支持更多设备
• 更低的基建开发成本
• 更高的通信可靠性

正如研究人员所说，凭借其宽范围的带宽无线电信道，它能够支持高达10 Gbps的速度，5GWiFi技术将提供连续且一致的覆盖——“真正意义上的更广区域移动性”。

5G - 架构

5G的架构高度先进，其网络元素和各种终端都进行了升级，以适应新的情况。同样，服务提供商可以轻松地实施这项先进技术来采用增值服务。

然而，可升级性是基于认知无线电技术，其中包括各种重要功能，例如设备识别其地理位置以及天气、温度等的能力。认知无线电技术充当收发器（波束），能够感知并响应其操作环境中的无线电信号。此外，它能够迅速识别其环境的变化，并据此做出相应反应，以提供不间断的优质服务。

5G 架构

如下图所示，5G的系统模型是一个完全基于IP的模型，专为无线和移动网络设计。

该系统由一个主用户终端以及许多独立且自主的无线接入技术组成。每种无线电技术都被视为外部互联网世界的IP链路。IP技术专为确保足够的控制数据而设计，以便对与特定应用程序连接（即客户端应用程序和互联网上的某个服务器之间的会话）相关的IP数据包进行适当的路由。此外，为了使数据包路由可访问，应根据用户的给定策略进行固定（如下图所示）。

主核心技术

如图5所示，5G MasterCore是其他技术的汇聚点，这些技术对其现有的无线网络有其自身的影响。有趣的是，其设计使MasterCore能够并行多模式运行，包括所有IP网络模式和5G网络模式。在此模式下（如下图所示），它控制RAN和不同的接入网络（DAT）的所有网络技术。由于该技术兼容并管理所有新的（基于5G的）部署，因此它更高效、更简单且更强大。

令人惊讶的是，在5G新部署模式下，任何服务模式都可以作为世界组合服务模式（WCSM）打开。WCSM是这项技术的一个奇妙功能；例如，如果一位教授在一个国家的黑板上书写——除了对话和视频外，它还可以显示在世界任何其他地方的另一个黑板上。此外，可以通过并行多模式服务轻松添加新服务。

5G - 所需时间

通常，预计5G技术的开发和实施所需时间从现在起还需要五年左右（到2020年）。但要让发展中国家的普通民众能够使用，可能需要更长的时间。

图1——显示所有先前几代技术的Timeline。

预期时长

考虑到多种效用和各种时尚的主要功能，研究人员预计这项技术将一直使用到2040年代。

5G - 应用

5G技术具有许多独特的功能，其适用性对各种用途的人们都有用（如mweb图像所示）。

5G 的应用

一些重要的应用包括：

• 它将制定所有人的统一全球标准。

• 网络将无处不在，并使人们能够随时随地使用他们的计算机和此类移动设备。

• 由于IPv6技术，移动IP地址的访问护理将根据连接的网络和地理位置分配。

• 它的应用将使世界成为真正的Wi-Fi区域。

• 其认知无线电技术将促使不同版本的无线电技术有效地共享相同的频谱。

• 它的应用将使人们能够在更高海拔处获得无线电信号。

5G - 进展

5G的应用非常类似于梦想的实现。与之前的技术相比，它集成了超前的先进功能。

高级功能

与之前的无线电技术相比，5G具有以下进步：

• 实际上可以获得超高速，即1到10 Gbps。
• 延迟将为1毫秒（端到端往返时间）。
• 单位面积带宽提高1000倍。
• 连接10到100个设备的可行性。
• 全球覆盖。
• 网络能耗降低约90%。
• 电池续航时间将长得多。
• 全世界都将处于wi-fi区域。

5G - 优势与劣势

第五代技术提供了广泛的功能，对所有人群都有益，包括学生、专业人士（医生、工程师、教师、政府机构、行政机构等），甚至普通民众。

重要优势

5G技术有几个优势，上面爱立信的图片显示了一些优势，下面描述了许多其他优势：

• 高分辨率和双向大带宽整形。

• 将所有网络整合到一个平台上的技术。

• 更有效率。

• 为快速行动提供用户监控工具的技术。

• 很可能将提供巨大的广播数据（以千兆比特为单位），这将支持超过60,000个连接。

• 易于与前几代技术管理。

• 技术可靠，支持异构服务（包括专用网络）。

• 有可能在世界各地提供统一、不间断和一致的连接。

5G技术的缺点

尽管5G技术的研究和概念化是为了解决移动世界中所有无线电信号问题和困难，但由于一些安全原因以及大多数地理区域技术进步的不足，它存在以下缺点：

• 这项技术仍在研发中，对其可行性的研究仍在进行中。

• 这项技术所宣称的速度似乎难以实现（将来可能会实现），因为世界大多数地区的技术支持不足。

• 许多旧设备将不兼容5G，因此所有设备都需要更换为新的设备——这笔费用很高。

• 发展基础设施需要高成本。

• 安全和隐私问题尚未解决。

5G - 挑战

挑战是新发展中固有的部分；因此，与所有技术一样，5G也面临着巨大的挑战。正如我们看到的过去，即无线电技术的开发，我们发现增长非常迅速。从1G到5G，这段旅程仅仅大约40年（考虑到1980年代的1G和2020年代的5G）。然而，在这段旅程中，我们观察到的共同挑战是基础设施不足、研究方法和成本。

仍然有几十个国家使用2G和3G技术，甚至不知道4G，在这种情况下，每个人心中最重要的问题是：

• 5G的可行性有多高？

• 它将成为一些发达国家还是发展中国家也能从中受益的技术？

为了理解这些问题，5G的挑战分为以下两个标题：

• 技术挑战
• 共同挑战

技术挑战

• 小区间干扰——这是需要解决的主要技术问题之一。传统宏小区和并发小小区的大小差异将导致干扰。

• 高效的介质访问控制——在需要密集部署接入点和用户终端的情况下，用户吞吐量将降低，延迟将提高，热点将无法胜任蜂窝技术以提供高吞吐量。需要对其进行适当的研究以优化技术。

• 流量管理——与蜂窝网络中传统的人对人流量相比，蜂窝中大量机器对机器（M2M）设备可能会导致严重的系统挑战，即无线接入网络（RAN）挑战，这将导致过载和拥塞。

共同挑战

• 多项服务 − 与其他无线电信号服务不同，5G 将面临一项巨大的挑战，即为在不同地理区域运行的异构网络、技术和设备提供服务。因此，挑战在于标准化，以提供动态的、通用的、以用户为中心且数据丰富的无线服务，以满足人们的高期望。

• 基础设施 − 研究人员正面临着5G服务的标准化和应用的技术挑战。

• 通信、导航和传感 − 这些服务很大程度上取决于无线电频谱的可用性，信号通过其传输。虽然5G技术具有强大的计算能力来处理来自不同来源的大量数据，但它需要更大的基础设施支持。

• 安全和隐私 − 这是5G需要确保保护个人数据的最重要挑战之一。5G必须定义与安全威胁相关的不确定性，包括信任、隐私、网络安全等全球范围内日益增长的威胁。

• 网络法律法规 − 网络犯罪和其他欺诈行为也可能随着高速且无处不在的5G技术的普及而增加。因此，网络法律法规也是一个当务之急，其性质在很大程度上是政府和政治性的（国家和国际问题）。

5G - 未来前景

全世界各地的技术专家、研究人员、学者、供应商、运营商和政府正在就5G的创新、实施、可行性和安全问题进行大量研究和讨论。

正如所提议的那样，5G 拥有从超高速互联网服务到流畅的无处不在的服务等多种先进功能，它将解决许多问题。然而，问题是——在先前技术（4G和3G）仍在开发中，许多地区尚未启动的情况下，5G的未来将会怎样？

第五代技术旨在提供令人难以置信且卓越的数据能力、不受限制的通话量以及最新的移动操作系统内的海量数据广播。因此，它是一种更智能的技术，将无限制地连接整个世界。同样，我们的世界将获得普遍且不间断的信息、通信和娱乐访问，这将为我们的生活打开一个新的维度，并将有意义地改变我们的生活方式。

此外，政府和监管机构可以利用这项技术作为善政的机会，并创造更健康的环境，这无疑将鼓励对下一代技术5G的持续投资。