什么才是真正的5G技術(shù)？用戶體驗速率達1Gbps，時延低至1ms

第五代移動通信技術(shù)(5th Generation Mobile Communication Technology，簡稱5G)是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術(shù)，5G通訊設(shè)施是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。國際電信聯(lián)盟(ITU)定義了5G的三大類應用場景，即增強移動寬帶(eMBB)、超高可靠低時延通信(uRLLC)和海量機器類通信(mMTC)。

增強移動寬帶(eMBB)主要面向移動互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長，為移動互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的應用體驗;超高可靠低時延通信(uRLLC)主要面向工業(yè)控制、遠程醫(yī)療、自動駕駛等對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)應用需求;海量機器類通信(mMTC)主要面向智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標的應用需求。為滿足5G多樣化的應用場景需求，5G的關(guān)鍵性能指標更加多元化。ITU定義了5G八大關(guān)鍵性能指標，其中高速率、低時延、大連接成為5G最突出的特征，用戶體驗速率達1Gbps，時延低至1ms，用戶連接能力達100萬連接/平方公里。

一項新技術(shù)概念出現(xiàn)后，在業(yè)界會出現(xiàn)一個研究討論的高潮，這是第一個駝峰。相關(guān)的學術(shù)論文會為熱點，成堆的博士碩士依托這項新技術(shù)完成了畢業(yè)論文，雖然很熱鬧，但這僅僅局限在學術(shù)研討層面上，而在具體的技術(shù)實現(xiàn)方面還存在著很多問題，或者因成本原因而根本無法量產(chǎn)。研究討論高潮逐漸降溫，這是第一個駝峰的下落期，接下來是低調(diào)務(wù)實的技術(shù)攻關(guān)，這個平臺期可能幾年也可能一二十年，當技術(shù)問題都解決后，就會迎來商家量產(chǎn)和投入市場的熱潮，這就是第二個駝峰。按照國際電信聯(lián)盟關(guān)于2020年的規(guī)劃，5年后就要全面進入5G了，而到現(xiàn)在核心技術(shù)體系還沒有確立。

回顧3G技術(shù)發(fā)展史，國際電信聯(lián)盟于1998年6月30日接收了3G技術(shù)提案，并迎來了第一個駝峰期，直到2009年1月7日,工業(yè)和信息化部正式發(fā)放了三張3G牌照，這才進入到第二個駝峰，平臺期持續(xù)了11年，特別是三張牌照之一的TD-SCDMA，直到2013年才真正成熟，平臺期長達15年，可剛成熟4G時代就來臨了。按照“雙駝峰規(guī)律”，5年后將在全球推廣使用的技術(shù)，應在2010年左右就迎來第一個駝峰，而不會在2020前的兩三年橫空出世，然后迅速被國際電信聯(lián)盟確定為全球的5G標準，這違反了一般的技術(shù)發(fā)展規(guī)律，不太可能成真。

移動通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分擁擠，而在高頻段(如毫米波、厘米波頻段)可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。

高頻段在移動通信中的應用是未來的發(fā)展趨勢，業(yè)界對此高度關(guān)注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動通信的主要優(yōu)點，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點。射頻器件、系統(tǒng)設(shè)計等方面的問題也有待進一步研究和解決。

監(jiān)測中心目前正在積極開展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進行科學規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。

OFDM可以有效地對抗信道的多徑衰落，具有成熟的多天線技術(shù)，支持靈活的頻率選擇性調(diào)度，這些特性使它能夠高效地支撐4G的移動寬帶業(yè)務(wù)。

OFDM本身也具有一些缺點，在一些特定的應用場景下，它的性能會受到限制。OFDM較高的帶外泄露不利于碎片化頻譜的場景，需要較大的保護帶開銷。OFDM對時頻同步的要求造成了較大的同步信令開銷，不利于大連接的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

統(tǒng)一的TTI長度、CP長度、子載波間隔等參數(shù)配置不能與用戶的信道環(huán)境和業(yè)務(wù)類型相匹配，在業(yè)務(wù)和信道環(huán)境差異較大的情況下，很難同時滿足不同用戶的需求。

一、新型多載波技術(shù)

由于未來5G應用場景和業(yè)務(wù)類型的巨大差異，單一的波形很難滿足所有的需求，多種波形技術(shù)將共存，在不同的場景下發(fā)揮著各自的作用。

新型多載波應當從場景和業(yè)務(wù)的根本需求出發(fā)，以最適合的波形和參數(shù)，為特定業(yè)務(wù)達到最佳性能發(fā)揮基礎(chǔ)性的作用。為了更好地支撐5G的各種應用場景，新型多載波的研究需要關(guān)注多種需求。

新型多載波需要能更好地支持新業(yè)務(wù)。和4G主要關(guān)注移動寬帶業(yè)務(wù)不同，5G的業(yè)務(wù)類型將更加豐富，尤其是大量物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將涌現(xiàn)，例如低成本大連接的機器通信業(yè)務(wù)，低時延高可靠的V2V業(yè)務(wù)等，這些業(yè)務(wù)對基礎(chǔ)波形提出了新的要求。

新的多載波技術(shù)除了兼顧傳統(tǒng)的移動寬帶業(yè)務(wù)之外，也需要對這些物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)具有良好的支持能力。靈活性是對新型多載波的另外一個需求，在5G網(wǎng)絡(luò)中，以人為中心的移動寬帶業(yè)務(wù)和以機器為中心的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)同時存在，它們之間的巨大差異性對基礎(chǔ)波形的靈活性提出了較高要求。

隨著時代的不斷更新以及科技的不斷進步，通訊時代已經(jīng)發(fā)展到全面4G時代，而現(xiàn)如今，熱潮來襲的5G時代將要成為全民時代，第五代移動通訊，已成為全球研發(fā)的熱點。

簡單說，5G就是第五代通信技術(shù)，主要特點是波長為毫米級，超寬帶，超高速度，超低延時。1G實現(xiàn)了模擬語音通信，大哥大沒有屏幕只能打電話;2G實現(xiàn)了語音通信數(shù)字化，功能機有了小屏幕可以發(fā)短信了;3G實現(xiàn)了語音以外圖片等的多媒體通信，屏幕變大可以看圖片了;4G實現(xiàn)了局域高速上網(wǎng)，大屏智能機可以看短視頻了，但在城市信號好，老家信號差。

1G~4G都是著眼于人與人之間更方便快捷的通信，而5G將實現(xiàn)隨時、隨地、萬物互聯(lián)，讓人類敢于期待與地球上的萬物通過直播的方式無時差同步參與其中。第五代移動通信技術(shù)(英語：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，簡稱5G或5G技術(shù))是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系統(tǒng)之后的延伸。5G的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。

5G通過電磁波的方式通訊。電磁波有一個特點，頻率越高，波長越短，速率越快，傳輸能力越差。這里面?zhèn)鬏斔俾屎蛡鞑ツ芰Τ上嗷ブ萍s的關(guān)系。如果純粹追求速率的提升，那么理論上把電磁波的頻率提高就可以了。但是會出現(xiàn)這么一種情況：之前4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋只需要一個發(fā)射塔，但是換成5G信號之后，就可能需要4個或者以上的基站。

基站成本一直是制約5G發(fā)展最大的絆腳石，但同時也是移動設(shè)備運營的機會。設(shè)備多并不可怕，只要有人埋單，羊毛出在羊身上。更何況還可以用微型基地臺來取代過往的大基地臺，降低成本。也就是說，華為和高通這一場戰(zhàn)爭，確實意義非凡。誰贏下這場戰(zhàn)爭就意味著贏得海量的5G配套訂單。

5G的技術(shù)創(chuàng)新，主要來源于無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面。在無線技術(shù)領(lǐng)域，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址和全頻譜接入等技術(shù)，已成為業(yè)界關(guān)注的焦點;在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域、基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)取得廣泛共識。大規(guī)模天線陣列在現(xiàn)有多天線基礎(chǔ)上通過增加天線數(shù)可支持數(shù)十個獨立的空間數(shù)據(jù)流，將數(shù)倍提升多用戶系統(tǒng)的頻譜效率，對滿足5G系統(tǒng)容量與速率需求起到重要的支撐作用。