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浅谈5G网络 计算机类（1）班 2016330301121 王佳凯 摘要：4G应用方兴未艾，5G战场硝烟已起。从4G到5G，同样有两个非常重要的标志性的技术更新，一是绝对速率变快了；二是新一代应用也会随之产生。据悉，中国移动已经在技术研发、企业合作、标准制定等方面取得了突破性的进展，5G网络有望于2020年正式进入商用阶段，与韩国、日本、美国等发达国家同步。 关键词：5G关键技术；5G应用；5G发展现况；5G发展前景 一．移动通信技术的发展历程 5G——天下武功，唯快不破！ 在移动互联网时代，最核心的技术是移动通信技术。而在通信行业，标准之争是最高话语权的争夺。一旦标准确立，将对全球通信产业产生巨大影响。 纵观世界通讯技术发展史，已经先后经历了2G、3G、4G几个重要时代： 第一代是模拟技术； 第二代是2G，实现了语音的数字化; 第三代是3G，以多媒体通信为特征; 第四代是4G，通信进入无线宽带时代，速率大大提高； 第五代是5G，全球网络无线接入，速度极快，信息时代到来。（研发测试阶段） 无线通信技术通常每10年更新一代，2000年3G开始成熟并商用，2010年4G开始成熟并商用，现在研究5G，2020年成熟应该是符合规律预期的，5G的诞生，将进一步改变我们的生活。 二．5G通讯特点 从专业角度讲，5G通讯的特点是： （1）超高速的传; （2）超大带宽; （3）超高容量; （4）超密站点; （5）超可靠性; （6）随时随地可接入性。 因此，通信界普遍认为，5G是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络。 未来基站将更加小型化，可以安装在各种场景;网络架构进一步扁平化，未来网络架构是功能强大的基站叠加一个大服务器集群。 对于普通用户来说，5G带来的最直观感受将是网速的极大提升。目前4G/LTE的峰值传输速率达到每秒100M，而5G的峰值速率将达到每秒10G。打个比方来讲，用LTE网络下载一部电影可能会用1分钟，而用5G下载一部高画质（HD）电影只需1秒钟，也就是一眨眼的工夫。 三．5G关键技术 1．高频段传输 移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。 2．新型多天线传输 多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。 由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。 3．同时同频全双工 最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。 全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双工技术的应用难度更大。 4．D2D D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。 5．密集网络 在未来的5G通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。 6．新型网络架构 目前，LTE接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营支出。 四．5G主要功能 5G网络的主要目标是让终端用户始终处于联网状态。5G网络将来支持的设备远远不止是智能手机——它还要支持智能手表、健身腕带、智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等。5G网络是指下一代无线网络。5G网络将是4G网络的真正升级版，它的基本要求并不同于今天的无线网络。 五．5G应用 由于智能终端的广泛应用和移动通信系统的的猛越发展，智能终端、无线流量、连接数激增在20年间将呈万倍的速度增长，从而进一步的推动了移动互联网的爆炸式发展。当然，物联网在面对多种行业的业务时，呈现出了多样式的发展现象，其所拥有的泛在化的特征越来越明显，移动通信系统的智能终端所具备的显示和计算等相关方面的能力也在不断的提升，云计算的模式日益成熟，增 强的一些新型的应用成为了主流。与此同时，用户致力于追求其的使用体验，要求要具备和光纤相差不大的接入的速率、可以与本地操作相提并论的实时体验和随时随地都能实施宽带接入的能力。在这一领域，服务对象的范围将会扩展到各个行业的用户，M2M终端的数量将会实现大幅度的激增并被广泛的应用，但是与行业的紧密结合将有可能造成应用场景与终端能力存在不容忽视的差异。这就致使物联网的用户对其提出以下条件：达到海量设备的连接需求：要灵活的适应差异、要丰富无线的连接能力等。另外，网络信息的安全性、用低功耗和低辐射来实现性能的价格比等方面的要求成为全体用户共同的愿景。 六．5G发展现况 5G网络作为第五代移动通信网络，其最高理论传输速度可达每秒数十Gb，这比4G网络的传输速度快数百倍，整部超高画质电影可在1秒之内下载完成。 2014年5月13日，三星电子宣布，其已率先开发出了首个基于5G核心技术的移动传输网络，并表示将在2020年之前进行5G网络的商业推广。 2016年8月4日，诺基亚与电信传媒公司贝尔再次在加拿大完成了5G信号的测试。在测试中诺基亚使用了73GHz范围内的频谱，数据传输速度也达到了现有4G网络的6倍。 我国5G的推进和研发进程： 在以往的十几年里的，我国依次实施了 3G以及4G的研究计划，并推动了我国发展规划相关方面的重大专项的实施，对提高我国的通信水平有了很大程度上的促进作用，有助于对我国通信技术的研发和产业化实现跨越式的发展。同时，也对分布式的无线组网方面的基础理论有着一系列重要的与研究成果有关的影响。目前，我国所推广的TD技术已经入选为国际上的标准，中兴、华为等企业通信的市场份额排在世界的最前列，通信业已然成为具有国际性竞争力并且具备高技术的产业之一。 5G的发展对全球的通信领域来说，又是新一轮竞争的开始。及时的布局，构建出一个开放式的研发环境，争取日后在5G和商业的竞争中拥有领先的优势，这已然是我国的信息技术产业发展中的一个重要任务。 在2013年的6月，我国启动了 5G通信系统在先期研究的一期大项目，它的总体目标就是：对于2020年的通信应用方面的需求，研究5G系统的无线传输、体系架构、无线组网、射频、新频谱的开发利用和新型天线等各种关键技术，完成原型的系统设计以及性能评估，进行无线传输方面的技术试验。其中采取的技术路线有：突破高通量、高密度、超蜂窝式无线网络的技术，基于协作天线具备的新型射频技术、超高速率以及超高效能的无线传输方面的技术等关键性技术，解决了相关的干扰消除和网络协同等问题，把单位面积的系统容量上升了大概25倍，解决了控制复杂度等相关的关键性问题。5G项目拟设立推进对口方面的工作组，包含频谱研究方面的工作组和对业务需求进行研究的工作组、对技术标准进行前期研究的工作组、与知识产权方面相关的工作组等等；拟构建5G系统的技术创新和产业发展的联盟，探索5G的知识产权方面的管理和协作机制，找寻5G通信技术产业发展的新途径、新模式，和衔接上下游的高效的协调机制；拟建造面向国际的5G的论坛，促进国际上的技术交流和合作研究，从而日益推广我国通信的影响力。 七．5G发展前景 根据最新的资料显示，国际5G标准将会在2019年发布，国内预计会在2020年正式实现5G的商用。华为主导的Polar Code成功拿到5G的船票是国内移动通信行业整体技术实力提升的体现，不过，目前该方案只是被3GPP认可，最终的标准需要国际电联ITU裁定。 中国移动的大规模天线3D-MIMO计划也已经展开小规模试验。 2016年底到2017年底，中国移动将与厂商共同展开各种5G系统概念验证，主要目的是对5G产品架构进行验证，对产业瓶颈进行突破。 2018年，中国联通计划在实验室完成5G关键技术验证，并完成联通5G建设方案。 2019年，计划能够完成5G外场组网验证。 2020年，完成联通5G网络商用目标。 中国电信也根据自身的转型战略，制定了高低频段协同的5G发展策略，以中低频为基础，高频为补充，同步开展研究验证，合力促进5G落地应用，并依据低频和高频两个频段，分别提出从2016-2018，2018-2020，能让2020-2025的三个阶段发展计划。 多家市场机构预测，根据工信部部署，以及目前三大运营商积极布局5G的状况看，三大运营商有可能在2018年就展开5G网络建设。 八．用户需求 4G与有线宽带的迅猛发展证明用户对流量与速度有着强烈的需求。仅仅依靠WIFI已经难以满足市场需求，用户更需要随时随地能够上网的体验。而5G网络的速度恰好可以填补这一市场缺口。那么5G网络到底有多快呢！下面用几个简单的例子说明： 1． 几秒钟就能下载一部高清电影。 2． 5G时代视频通话无处不在。 3． 在人员密集区域也能享受高速网络。 在5G时代，手机用户对移动网络和WIFI网络感知差异可能将消失。用户从室外到室内，从移动网络连接到WIFI，可以无缝、平滑过渡，省去了切换网络、输入密码等繁琐步骤，几乎感觉不到WIFI“存在”，包括语音通话也可以在WIFI网络上传输。 从用户角度来看，WiFi似乎“消亡”，而其实是它与移动网络实现了无缝融合。用户无需手动连接，系统会自动连接最优网络，因此感知不到两者的差异。 九．结语 5G移动通信的技术研究还处于一个初期的阶段，今后的几年时间是确定其关键指标、使用技术、技术需求的重要时期。随着移动通信行业等相关研究的不断开展，5G系统的关键性支撑技术也会逐步得到明确的提升。 如果5G研制成功，全球有望共用一个标准，与前四代移动通讯技术兼容，是一个真正融合网络，5G将是一个跨世纪的壮举。
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