5G万物互联时代

Mary

　　

　　图：AR/VR科技需要利用更快的5G技术承载虚拟现实图形所需的高负载数据传输

　　随着互联网技术的飞速发展，高速、便捷、廉价的移动互联网已成为人们追求的目标。4G网络在全球的大规模使用，移动宽带的普及，为人们的生活提供了极大的便利。在目前的4G环境下，只有手机和电脑连接到4G网络，但在5G时代，大到一个车位，小到一个针脚，都可以同时接入5G网络，这是所有事物的相互连接。如果说3G和4G时代完成了人与人之间的连接，那麽5G将完成世界上所有事物的互联。未来，人们接触的每个物体都有传感器，通过5G进行数据交换，超出时间和空间的限制。从汽车联网到资产追踪，智能农业，智能城市（包括无人驾驶，人工智能）都必须基於5G。在这个万物互联时代，交流几乎决定技术发展的命运。全球5G移动通信技术正在进入公众视野，作为4G技术的延伸，5G无线通信技术可以实现更好的改进和创新，实现数据业务应用的质的飞跃。本文重点介绍5G无线通信技术的概念，原理及相关应用。」

　　5G涉及的关键技术仍处於开发阶段，主要包括以下几个方面：

　　（1）超密集异构网络：

　　未来5G网络将会呈现多元化、宽带化、综合化、智能化等特点，随着智能终端的发展，移动数据流量将呈现爆炸式增长，为了保证5G网络支持千倍流量增长，最好能够减少区域半径，增加低功率节点数量。由此可见，在未来网络5G网络数据流量发展中，超密集异构网络是一种非常关键的技术。

　　（2）自组织网络：

　　在传统的无线通信网络中，需要手动执行网络部署、配置等，这需要大量的人力资源，此外还不能保证工作效率。移动通信想要快速发展，传统的方法难以优化网络，由此提出了自组织网络的概念，其不仅可以解决运营商的部署问题，还可以进一步降低运营商的投入成本，这样可以进一步满足客户使用的效率。该理念的主要设计思路是使网络拥有自组织能力，比如自由化、自愈合等，使网络的部署、维护、排障以及优化等得以自动化，这样可以很大程度上避免人工干预。

　　（3）内容分发网络：

　　网络运营商和内容提供商面临的一大挑战是如何分发大流量业务内容，从根本上减少用户访问信息的延迟。内容分发网络将成为未来5G网络的使用提供重要的支撑作用。基於传统网络，内容分发网络将添加新的层次，成为智能虚拟网络。根据节点连接状态，负载和用户距离等信息，CDN系统将做出全面的考虑，并在用户最近的CDN代理服务器上发布相关内容，使客户能够获取相关信息，避免网络拥塞，缩短响应时间，提高工作效率。用户则建立了多个CDN代理服务器，减少了延迟并提高了服务质量。

　　（4）D2D通信：

　　D2D通信是设备之间直接通信技术的缩写，在近距离范围内，能够使终端通过链路使数据实现传输，不用通过任何中间节点。短程直通技术有许多优点，如下：可以保证很大的数据效率，低延迟和低功耗；可以有效地利用频谱资源来获得资源空分复用增益；它还可以共享本地数据，例如启用无线P2P服务和使数据服务更加灵活；通信终端的数量很大并且分布广泛，并且可以利用网络的这种特徵来扩展网络的覆盖范围。D2D通信不仅可以提高频谱利用率，还可以保证系统质量，这将是5G未来的关键研究技术之一。

　　（5）M2M通信：

　　M2M通信是物联网领域最常见的应用形式。正面临前所未有的挑战，大量的M2M终端接入将直接导致无线网络的过载，影响移动用户的通信质量，甚至使用户难以接入网络，面对这样的问题，我们可加强自适应负荷控制机制的研究。

　　5G时代背景

　　移动通信技术始於20世纪70年代，经过40多年的蓬勃发展，已渗透到现代社会的各个行业。在该过程中，移动通信系统从第一代系统跃迁到当前的第四代移动通信系统。第一代基於模拟技术实现的系统仅支持语音业务；第二代系统已经扩展和支持低速率的数字语音业务和短消息业务；第三代系统，进一步提升系统传输速率，可实现图像传输、视频流传输以及互联网浏览等移动互联网业务；采用OFDM、MIMO等核心技术的第四代LTE网络在全球部署中极大地推动了移动互联网的发展。多种多样的新型业务和琳琅满目的终端都持续刺激并培养了人们的数据消费习惯。新一代信息革命将利用移动互联网，智能传感，大数据，智能学习等形成新的服务体系，5G将是这场信息革命的基础技术。除了移动通信技术的升级，5G是各种无线接入技术演进集成解决方案的总称，除了解决人与人之间的通信外，它还解决人与事物，事物和事物之间的联系，并实现所有事物的相互联系。

　　从3G到4G再到5G，通信技术不断推陈出新，也在推出更多的应用信息应用技术和场景。2016年，3GPP正式启动5G标准化研究工作。5G网络的关键功能比前几代产品更加丰富。根据IMT-2020定义，5G峰值速率应达到20Gbit/s，用户体验速率应达0.1~1Gbit/s，频谱效率比4G高三倍以上，支持500km/h以上的高速运动，延迟小於1ms。1平方千米要达到百万级别的连接数，网络能效有百倍的提升。用户体验率，连接数和延迟是5G的三个基本性能指标。

　　5G特点

　　与4G网络相比，5G具有高带宽，低延迟，高可靠性，超低功耗，大网络容量及峰值速率高等特性。在用户体验方面，若下载8G高清电影，3G网络需要70分钟，4G网络7分钟，5G网络6秒。5G网络的最大优势体现在物联网上，将形成全球统一的网络标准，解决全球漫游问题，并大幅降低设备和终端的成本。5G时代的网络连接，具有目前传统网络连接所不可比拟的方式和特点，移动通信系统的IMT-2020，可以将网络带宽的制约和限制完全消除，提高无线电信号无线传输和接收技术进步的高效率物与物之间的连接，可以实现崭新的无线网络协议。凭藉类似光的录制效率和非常短的时间限制，可以使用千亿设备的通用连接功能来移动具有超高密度流和超高连接密度数的场景，提供用户熟知的智能优化服务，大大降低电信运营商的成本。

　　5G的应用

　　增强型移动宽带：

　　指的是在目前宽带移动通信业务基础上，以改变和提升用户体验等为目标的尝试和改进。性能提升可以支持高流量移动宽带服务（如3D/超高清视频）的高效部署。3GPPRAN187次会议确定华为的PolarCode（极化码）方案为5GeMBB场景编码方案。此方案将基於现有移动宽带带来新的应用领域，同时进一步提高性能并改善用户体验。该场景下又包括：热点覆盖和广域覆盖。对於热点，需要高用户密度和高服务容量，并且用户的移动速度低，但用户的数据速率高於广域覆盖；而广域覆盖兼顾一定的移动性，数据速率要求相比热点地区适度放松。

　　大规模机器类通信：

　　在物联网的应用场景中，大规模的机器式通信和eMTC有不同的侧重点。mMTC主要是人与物之间的信息交互，eMTC主要体现物与物之间的通信需求，这种情况的特点是大量连接的终端，少量时延不敏感数据，低终端成本和长电池寿命。

　　高可靠低时延通信：

　　高可靠性和低时延通信方案对吞吐率、时延、可用性等能力有严格的要求。典型的应用实例如：通过无线系统控制工业制造或生产过程，远程医疗，智能电网的自动配电，传输安全等。

　　小结

　　本文简要介绍了5G的发展，特点，原理及其应用。当前5G网络发展路线图已越发明朗，「信息随心至，万物触手及」的愿景正逐步走向现实。5G网络将是一个以用户、业务为中心的网络，其具备的高用户体验速率、超大连接数据以及低通信时延能力将成为移动互联网、物联网新生业务的基础，而大量新业务对网络质量的要求，又推进了5G网络不断完善。业务与网络，已成为移动生活当中的两面，今後互联网企业与电信运营商、科研机构、设备商将会相互渗透，谁能抓住了5G网络变革的机会，谁就能脱颖而出，占据未来十年信息产业前沿。

　　【华发网根据大公报采编】