漫话第五代移动通信技术5G（1）
胡经国
本文根据大量在网上公开发表的有关资料编写而成，仅供读者进一步了解和研究参考。特此说明。
一、5G基本概念
㈠、5G及其相关概念
公开资料指出，5G是第五代移动通信技术的简称。第五代移动通信技术的英语为5thGenerationMobileNetworks（第五代移动网络）或5thGenerationWirelessSystems（第五代无线系统），简称5th-Generation或5G，是最新一代蜂窝移动通信技术，是4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统的后续延伸。
1、4G：LTE-A、WiMax
公开资料指出，LTE-A是LTE-Advanced的简称，是LTE（LongTermEvolution，长期演进）技术的后续演进。LTE俗称3.9G，这说明LTE的技术指标已经与4G非常接近了。LTE与4G相比较，除了最大带宽、上行峰值速率两个指标略低于4G要求以外，其他技术指标都已经达到了4G标准的要求。而将LTE正式带入4G的LTE-A的技术整体设计则远超过了4G的最小需求。
公开资料指出，WiMax（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波互联接入），也叫做802·16无线城域网或802.16。WiMax是一项新兴的宽带无线接入技术，能够提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMax还具有QoS（QualityofService，服务质量）保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMax的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术。随着技术标准的发展，WiMax逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。
链接：OFDM
OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）为正交频分复用技术）；OFDMA（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）为正交频分多址。OFDMA是OFDM技术的演进，是将OFDM和FDMA技术结合，在利用OFDM对信道进行子载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。
链接：AAS
AAS（AdaptiveAntennaSystem）为自适应天线系统。
链接：MIMO
MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出系统）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍地提高系统信道容量，显示出明显的优势，被视为下一代移动通信的核心技术。
2、3G：UMTS、LTE
公开资料指出，UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统），是国际标准化组织3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划）组织制定的全球3G标准之一。它的主体包括CDMA接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。
链接：CDMA
CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，码分多址），是在数字技术的分支——扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并且发送出去。
公开资料指出，LTE（LongTermEvolution，长期演进)是由3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）技术标准的长期演进。
3、2G：GSM
公开资料指出，GSM（GlobalSystemforMobileCommunication，全球移动通信系统），是众所周知的当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署“漫游协定”以后用户的国际漫游变得很平常。GSM较之它以前的标准最大的不同在于它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代（2G）移动电话系统。这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。
㈡、5G的性能目标
公开资料指出，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。
在Release-15（5G移动通信技术的3GPPRelease-15标准）中的5G规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。Release-16的第二阶段预计于2020年4月完成，作为IMT-2020技术的候选提交给国际电信联盟（ITU）。ITUIMT-2020规范要求速度高达20Gbit/s，可以实现宽信道带宽和大容量MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出系统）。
据报道，2015年10月26日至30日，在瑞士日内瓦召开的“2015无线电通信全会”上，国际电联无线电通信部门（ITU-R）正式批准了三项有利于推进未来5G研究进程的决议，并且正式确定了5G的法定名称是“IMT-2020”。
㈢、5G移动网络基本原理
公开资料指出，与早期的2G、3G和4G移动网络一样，5G移动网络是数字蜂窝网络。在这种网络中，移动通信供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为“蜂窝”的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并且作为比特流传输。在“蜂窝”中的所有5G无线设备，通过无线电波与“蜂窝”中的本地天线阵和低功率自动收发器（发射机和接收机）进行通信。收发器从公共频率池分配频道，这些频道在地理上分离的“蜂窝”中可以重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与现有的手机一样，当用户从一个“蜂窝”穿越到另一个“蜂窝”时，用户的移动设备将自动“切换”到新“蜂窝”中的天线。
㈣、5G移动网络主要优势
公开资料指出，5G移动网络的主要优势在于：数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4GLTE蜂窝网络快100倍。5G移动网络的另一个优势是具有较低的网络延迟（即具有更快的响应时间），其网络延迟低于1毫秒；而4G网络延迟为30～70毫秒。
㈤、5G移动网络特点
公开资料显示，5G移动网络具有以下特点：
1、峰值速率
峰值速率需要达到Gbit/s的标准，以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。
2、空中接口时延水平
空中接口时延水平需要在1ms左右，以满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。
3、网络容量
超大网络容量，提供千亿设备的连接能力，以满足物联网通信。
4、频谱效率
频谱效率要比LTE提升10倍以上。
5、用户体验速率
在连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。
6、流量密度和连接数密度
流量密度和连接数密度大幅度提高。
7、系统协同化、智能化水平
系统协同化、智能化水平提升，表现为多用户、多点、多天线、多摄取的协同组网，以及网络间灵活地自动调整。
以上特点是5G区别于前几代移动通信的关键，是移动通信从以技术为中心逐步向以用户为中心转变的结果。
㈥、从1G到5G
公开资料指出，从1G到2G是从模拟到数字的革命；从2G到3G是从语音到数据通信的革命；从3G到4G没有“革命”，主要是速率和容量的提升（如果硬要说有“革命”的话，那么就是4G开始没有电路域而只有分组域）。从4G到5G是应用场景的革命。
公开资料指出，5G有三大应用场景，分别是：eMBB、mMTC和URLLC，分别对应高速率、大连接和低时延高可靠。也就说，从此无线通信不再单纯是人与人、人与网络的通信，而且将渗透到各种垂直行业。例如URLLC，面向的是自动驾驶/无人驾驶等领域。5G时代将是无线通信与各种行业应用相互结合、互相促进的时代。
链接：eMBB
eMBB(EnhancedMobileBroadband，增强移动宽带），是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对于用户体验等性能的进一步提升。
链接：mMTC
mMTC（massiveMachineTypeofCommunication，海量机器类通信或大规模物联网），是5G典型应用场景之一。
链接：uRLLC
uRLLC（Ultra-reliableandLowLatencyCommunications，超高可靠超低时延通信），其特点是高可靠、超低时延、极高的可用性。URLLC是远程外科手术的主要“功臣”。
二、5G发展背景及历程
㈠、5G发展背景
1、两个驱动力
公开资料指出，近年来，5G（第五代移动通信系统）已经成为通信业和学术界关注和探讨的热点。5G的发展主要有以下两个驱动力。一个是以长期演进技术为代表的4G（第四代移动通信系统）已经全面商用，对下一代技术的讨论提上了议事日程；另一个是，移动数据的需求爆炸式增长，现有移动通信系统难以满足未来需求，急需研发新一代5G系统。
2、四个挑战
公开资料指出，5G的发展也来自对移动数据日益增长的需求。随着移动互联网的发展，越来越多的设备接入到移动网络中，新的服务和应用层出不穷，全球移动宽带用户在2018年有望达到90亿，到2020年预计移动通信网络的容量需要在当前的网络容量上增长1000倍。移动数据流量的爆涨将给网络带来严峻的挑战。
第一，如果按照当前移动通信网络发展，容量难以支持千倍流量的增长，网络能耗和比特成本难以承受；
第二，流量增长必然带来对频谱的进一步需求，而移动通信频谱稀缺，可用频谱呈大跨度、碎片化分布，难以实现频谱的高效使用；
第三，要提升网络容量，必须智能高效利用网络资源，例如针对业务和用户的个性进行智能优化，但是这方面的能力不足；
第四，未来网络必然是一个多网并存的异构移动网络，要提升网络容量，必须解决高效管理各个网络，简化互操作，增强用户体验的问题。
为了应对网络面临的上述挑战，满足日益增长的移动流量需求，亟需发展新一代5G移动通信网络。
㈡、5G发展历程
公开资料显示，5G发展历程大体如下：
2013年
2013年2月，欧盟宣布将拨款5000万欧元，加快5G移动技术的发展，计划到2020年推出成熟的标准。
2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布，已成功开发第5代移动通信（5G）的核心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据，并且最长传送距离可达2公里。相比之下，当前的第四代长期演进即4G长期演进（4GLTE）服务的传输速率仅为75Mbps。此前，这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题，而三星电子则利用64个天线单元的自适应阵列传输技术破解了这一难题。与韩国4G技术的传送速度相比，5G技术预计可提供比4G长期演进（4GLTE）快100倍的速度。利用这一技术，下载一部高清（高画质）（HighDefinition，HD）电影只需10秒钟。
2014年
2014年5月8日，日本电信营运商宣布将与六家厂商合作，开始测试具有现有4G网络1000倍网络承载能力的高速5G网络，其传输速度可望提升至10Gbps。当时预计在2015年展开户外测试，并期望于2020年开始运作。
2015年
2015年9月7日，美国移动运营商Verizon无线公司宣布，将从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。中国5G技术研发试验将在2016-2018年进行，分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施。
当时从发展态势看，5G还处于技术标准的研究阶段，后来几年4G还将保持主导地位，实现持续高速发展。但是，5G有望于2020年正式商用。
2017年
2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。
Logo是徽标或者商标的外语缩写，是Logotype的缩写。它能起到对徽标拥有公司的识别和推广的作用；通过形象的徽标可以让消费者记住公司主体和品牌文化。网络中的徽标主要是各个网站用来与其它网站链接的图形标志，代表一个网站或网站的一个板块。
2017年11月15日，中国工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》，确定5G中频频谱，能够兼顾系统覆盖和大容量的基本需求。
2017年11月下旬，中国工信部发布通知，正式启动5G技术研发试验第三阶段工作，并且力争于2018年年底前实现第三阶段试验基本目标。
2017年12月21日，在国际电信标准组织（3GPPRAN）第78次全体会议上，5GNR首发版本正式冻结并发布。
5GNR是基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准，也是下一代非常重要的蜂窝移动技术基础，5G技术将实现超低时延、高可靠性。
OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用技术）实际上是MCM（MultiCarrierModulation，多载波调制）的一种。
2017年12月，中国发改委发布了《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》，要求2018年将在不少于5个城市开展5G规模组网试点，每个城市5G基站数量不少50个，全网5G终端不少于500个。
2018年
2018年2月23日，在世界移动通信大会召开前夕，沃达丰和华为宣布，两公司在西班牙合作采用非独立的3GPP5G新无线标准和Sub6GHz频段完成了全球首个5G通话测试。
2018年2月27日，华为在MWC2018大展上发布了首款3GPP标准5G商用芯片巴龙5G01和5G商用终端，支持全球主流5G频段，包括Sub6GHz（低频）、mmWave（高频），在理论上可实现最高2.3Gbps的数据下载速率。
2018年6月13日，3GPP5GNR标准SA（Standalone，独立组网）方案在3GPP第80次TSGRAN全会正式完成并发布。这标志着首个真正完整意义的国际5G标准正式出炉。
2018年6月14日，3GPP全会（TSG#80）批准了第五代移动通信技术标准（5GNR）独立组网功能冻结，并且加之于2017年12月完成的非独立组网NR标准，5G已经完成第一阶段全功能标准化工作，进入了产业全面冲刺新阶段。
2018年6月28日，中国联通公布了5G部署：将以SA为目标架构，前期聚焦eMBB，5G网络计划于2020年正式商用。
2018年8月2日，奥迪与爱立信宣布，计划率先将5G技术应用于汽车生产。这两家公司就一系列活动达成一致，共同探讨5G作为一种面向未来的通信技术，能够满足汽车生产高要求的潜力。它们签署了谅解备忘录，在未来几个月内，两家公司的专家们将在位于德国盖梅尔斯海姆的“奥迪生产实验室”的技术中心进行现场测试。
2018年11月21日，中国重庆首个5G连续覆盖试验区建设完成，5G远程驾驶、5G无人机、虚拟现实等多项5G应用同时亮相。
2018年12月1日，韩国三大运营商SK、KT与LGU+同步在韩国部分地区推出5G服务。这也是新一代移动通信服务在全球首次实现商用。第一批应用5G服务的地区为首尔、首都圈和韩国六大广域市的市中心；以后将陆续扩大范围。按照计划，韩国智能手机用户于2019年3月份左右可以使用5G服务；预计于2020年下半年可以实现5G全覆盖。
2018年12月7日，中国工信部同意联通集团自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz频率，用于在全国开展第五代移动通信（5G）系统试验。12月10日，中国工信部正式对外公布，已向中国电信、中国移动、中国联通发放了5G系统中低频段试验频率使用许可。这意味着各基础电信运营企业开展5G系统试验所必须使用的频率资源得到保障，并且向产业界发出了明确信号，进一步推动中国5G产业链的成熟与发展。
2018年12月18日，AT&T宣布，将于12月21日在全美12个城市率先开放5G网络服务。
2019年
2019年2月20日，韩国提出，于2019年3月末，韩国将在全球首次实现5G的商用。
2019年6月6日，中国工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国正式进入5G商用元年。
2019年7月23日，中兴通讯宣布首款5G手机中兴天机Axon10Pro5G在京东、天猫、中兴手机商城等同步开启预售预定，售价仅为4999元。
2020年10月15日编写于重庆
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