关于 5G 你知道多少？

2019年6月6日 5G 商用牌照正式发放，随着 5G 的逐渐成熟和发展，它将怎么改变我们的生活？

什么是 5G？

首先什么是 5G？

5G是第五代移动通信系统(5th generation mobile/wireless/cellular system）的简称，它是最新一代的移动通讯系统，上一代则是4G（LTE/WiMax）

从我们人类文明诞生以来，关于如何进行高效的信息传递和交流，始终是我们不断的追求。从文字到印刷术，从电话到移动互联网，反映出了信息传递对我们社会发展的重要性。新的信息传播方式往往会带来社会天翻地覆的变化。5G就是最新的移动通信浪潮中现阶段进展。

通信互联

其实无线通信已经存在了一个多世纪，但在20世纪70年代末和80年代初，它们才正式用于商业用途，为消费者提供各种信息服务。

（1G）无线技术引入了电话概念。

“原始的手机电话”

（2G）改进了语音呼叫技术，并通过SMS引入了文本消息（以及后来通过MMS发送的媒体消息）

（3G）后来的2G迭代又引入了数据传输，但直到1998年 3G 才允许使用移动互联网浏览和视频通话等富媒体应用。

（4G）现在是4G LTE ，为最新一代无线通讯技术，速度能够达到 10-50Mbps，但这具体取决于运营商。可以应用在在线游戏，直播，甚至是AR / VR等新兴体验。

（5G）则是下一代移动通信系统。它将提供比上一代系统更快的速度，该技术的早期测试显示实际速度为 700 - 3025 Mbps（3.025 Gbps），我们消费者可能会在 5G 成熟，商用后达到这种速度。

从 1g 到 5g

关于通信：

通信是一种双向信息传递行为，收发双方需要事先约定传输方式才能完成顺利完成数据交互。在混乱的移动通信早期，由于基站和手机厂商可能因为国别的不同，采用不同通信制式，因此当时各国的手机设备不能够通用，会产生漫游成本。

需要遵从一定的通信标准

通信标准：

所以为了使国际通信更加方便，各国厂商需要统一制式，这就是国际通信标准的诞生。标准化组织在标准设计早期，为了定义标准所需要解决的问题，隶属于联合国的 ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）需从各地区的工作小组和论坛中搜集整理需求，发布此次通信的设计目标，并收集技术建议，负责最终评估。

而ITU并不参与具体标准制定，其中具体的技术工作主要是由另外的一些行业标准化组织完成，比如3GPP和IEEE。

在4G时代，3GPP主导了LTE等标准，IEEE则主导了WiMax等标准（曾经在日本，台湾商用）。目前5G的主要标准化工作由3GPP完成。

制定一个标准第一步就是找到新的问题，而这些问题通常是现有标准很难解决的

5G的标准进展需要看3GPP的时间表, 在现阶段，来自世界各地的5G工作组和论坛起到了巨大作用。这其中包括IMT-2020推进组（中国）、未来移动通信论坛（中国）、5GPPP（欧洲）、5G Forum（韩国）、5GMF（日本）、5G Americas（美国）和运营商论坛 – NGMN。

各个工作组、论坛分别搜集、整理来自本国的需求，并抽象成对应的场景。然后这些场景以白皮书的形式发布，作为5G系统设计的重要参考。最后交由 ITU 统一整理。ITU在收到以上各个组织的输入后，经过会议讨论，发布了5G的场景和需求报告 – ITU Recommendation M.2083 – IMT.Vision，用以指导5G标准的制定。

ITU 发布的应用场景

如上图所示：ITU 发布的三个应用场景分别是：增强移动宽带（eMBB，Enhanced Mobile Broadband）、低时延高可靠通信（URLLC，Ultra-Reliable and Low Latency Communications）和海量物联网（mMTC，Massive Machine Type Communications）。

举个例子：像手机视频，日常工作属于eMBB，物联网的机器规模巨大属于mMTC，车联网需要低延迟高可靠性，它就属于URLLC。有些还会兼具不同场景的特点，例如增强现实（AR）业务，既要求eMBB的大数据量，还要求URLLC的较低传输时延。而智能家居中既有遥控器、传感器这种低功耗（mMTC）设备，又包括视频共享这种典型的eMBB大数据量业务。

车联网需要低延迟高可靠性，属于URLLC

归纳定义好通信场景后，就进入了系统设计阶段。第一步，我们需要针对每个场景抽象出通信系统需要具备的能力，也就是关键性能指标 – KPI（Key Performance Indicator）

根据 IMT.Vision 针对三个场景定义了一系列设计目标，其中包含了8个量化的KPI：数据峰值传输速率、用户可体验传输速率、时延、可靠性、单位面积的连接密度和流量密度、最大移动速度、频谱效率和网络能效。

KPI把场景量化到了系统设计目标，之后就进入了标准制定阶段。各个公司的研发团队会分别选择关键技术并设计自己的解决方案。这些企业来自通信行业的各个协作角色：有提供基站的华为、爱立信和诺基亚；还有设计芯片的高通、英特尔等；运营网络有AT＆T、中国移动、中国联通、电信等；制造手机的三星、联想、苹果等。

经过长时间的酝酿和准备， 3GPP在2015年9月召开了一次5G研讨会，各家公司都描绘了心目中的5G关键技术。这些技术被总结、归纳之后，随后3GPP在2015年12月正式启动了5G的标准制定。

标准完成后会正式发布，供所有行业内的公司执行。

目前3GPP是按照版本（Release）发布的，版本之间间隔大约1年到2年，一个版本内所有的新技术特征会统一发布。按照目前的计划，3GPP把5G标准分为两个阶段，第一阶段（Release-15）在2018年的6月发布，这个版本不能满足所有的KPI，因此不是严格意义上的5G标准。第二阶段（Release-16）将在2019年底发布，这个版本将是真正的5G标准。

与 4G 的对比：

非常显著的特征就是传输速率：数据传输速度的提升

传输速度

根据香农公式，要想提高数据传输速率，可以从两个方面入手：提升频带宽度和提升信噪比。

香农公式

提升频带宽度方面可以采用毫米波（3GHz-300GHz），提升信噪比方面我们可以使用更先进的波束赋形。

• 提升频带宽度：

1-4代无线通信中采用的300MHz-3GHz频谱有穿透性好，覆盖范围大等优点，但是有一个很重要的缺点： 就是频带宽度太窄了！限制了速度。为了实现5G中提出的速度目标，我们可以采用毫米波，但至少需要两种频谱，在华为发布的的频谱建议中，建议划分三段频谱，这三段频谱分别是:2~6GHz (C-band), 用以作为主频谱使用，兼顾覆盖和数据传输。6GHz以上用于处理特殊场景，用作超快数据传输。2GHz以下用于广域覆盖和室内场景覆盖。

• 提升信噪比：

4G中的基站天线是定向和全向天线混用。5G中由于毫米波覆盖范围窄，路径损耗大，复杂天气影响严重，所以需要通过波束设计完成发射能量聚焦，从而提升接受信号能量，提升信噪比，和覆盖范围。所以波束赋形后的方向性波束可以帮助提升基站覆盖范围。而且，基站能量会更加有效。

联合起来使用，就做到了“传输速度更快”。

传输延迟更低

关于round-trip latency，大概可以理解为数据在接入网和核心网中往返所需的总时间。

因为无线电的传播速度是固定的，所以有两种方法降低：其一是降低信令损耗和其二是压缩网络处理过程。

降低信令损耗的方式就是尽量减少不必要的信令，比如通过全双工技术减少信道估计时间，因为毫米波的多普勒扩展很少，所以可以缩减 OFDM 信号的 CP 前缀。压缩 OFDM 帧长度。通过网格化设计毫米波基站，降低干扰和时延。