浅析第五代通信技术5G

随着人们对通信网络的需求不断增长，已由单一的语音通信发展到高速上网、在线观看短视频等。但这还不够满足发展需求，其中重要的变化来自于过去的通信技术都是提供人与人之间的通讯，随着移动互联网和物联网的飞速发展、越来越多智能设备出现，在虚拟现实、增强现实、超高清视频、智能穿戴、智能家居、智能抄表、智能交通，无人驾驶等各个领域都会产生极大的通信需求。用户需求的持续增长，未来 10 年移动通信网络将会面对：1000倍的数据容量增长，10 至 100 倍的无线设备连接，10 到 100 倍的用户速率需求，10 倍长的电池续航时间需求等，4G 网络无法满足这些需求，所以 5G 技术应运而生。

电磁波

5G就是第五代通信技术，主要特点是波长为毫米级，超宽带，超高速度，超低延时。其中1G~4G都是用于人与人之间更方便快捷的通信，而5G将实现随时、随地、万物互联，让人类敢于期待与地球上万物通过直播方式无时差同步参与其中。

无线通信是利用电磁波进行通信。电磁波包括光波和无线电波。

电磁波的特性是由它的频率决定的。不同频率的电磁波，有不同的属性，因而有不同的用途。

例如，高频的γ射线，有着很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。对细胞有很大的杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。

无线电波是使用电波进行通信的，它的频谱资源也是有限的。为了避免干扰和冲突，保证通信质量，我们会对频谱资源进行划分，分配给不同的对象和使用。

我们主要是用中频~超高频进行手机通信的。

国内通信运营商2G-4G的频谱划分如下。国内和全球主流的4G频段使用的是特高频和超高频。

全球5G使用频率范围如下图

工信部以发布通知的形式，确定了我国5G（第五代移动通信）的频率，工作频段分别是：3300MHz-3600MHz频段、和4800MHz-5000MHz频段。第一个工作频段带宽为300 MHz；第二个工作频段带宽为200 MHz。而这就是5G通信的一个特点——超带宽。

随着通信技术的不断发展，从最初的1G到现在的4G，使用的电磁波频率越来越高，频谱带宽也越来越宽。

频率越高，能使用的频率资源越丰富，频谱带宽也越宽。能实现的传输速率越高—超高速度。

目前国际上主要使用28GHz进行试验。

频率与波长的换算公式是：

如果以28GHz来算，波长=光速/频率=300000000(m/s)/28000000000(Hz)=10.7mm，而这就是5G通信的一个特点——毫米波。

5G优势

5G通信频段的显著特点：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射和穿墙能力越差）。频率越高，在传播介质中的衰减也越大。

5G通信网络信号覆盖时，所需要的基站数量就显著增多，成本显著上升。这也是为什么1G-4G通信没有用的部分原因所在。

超低时延是5G很非常重要的一个特性。理想情况下要求端到端的时延为1ms，典型端到端时延为5-10ms左右、实现5G超低时延需要遵循一些思路，一要大幅度的降低空口的传输时延。二要尽可能减少转发节点，并缩短源到目的节点之间的距离。三要兼顾整体，从跨层考虑和设计角度出发，使得空口，网络架构，核心网等不同层次的技术相互配合，让网络能够领会应对不同垂直业务的时延需求。

新型帧结构：在帧结构方面，将考虑采用更短的子帧长度，并在同一子帧内完成ACK/NACK的反馈，为了有限的降低空口时延。

终端直接通信（D2D）：传统通信方式中，数据包要经过整个网络节点，每次转发都意味着时延的增加。而终端直接通信的模式不需要透过网络传递就能实现设备相互之间通信。

核心网功能下沉：在4G网络中，LTE移除了3G中的RNC，将RNC大部分功能转移到基站，一部分工作集成到核心网，采用eNodeB和EPC二层的网络架构。扁平化架构减少了节点减少了时延。在5G网络，核心网用户面部分功能将进一步下沉至接入网，原有的集中式核心网变成分布式，核心网功能更靠近终端，来进一步减少时延。

MEC（mobile edge computing），移动边缘计算：MEC将计算，处理和存储推向移动边界，为移动边缘入口服务创新提供无线可能，使得海量数据可得到实时，快速处理，以减少时延。