3.1.2　新一代5G移动通信技术

1. 移动通信技术的发展历程

第一代（the first generation，1G）移动通信系统的主要特征是采用模拟技术和频分多址（FDMA）技术，有多种制式。我国主要采用TACS，其传输速率为2.4kb/s，由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只是一种区域性的移动通信系统。

第二代（the second generation，2G）移动通信系统采用的技术主要有时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）两种技术，它能够提供9.6～28.8kb/s的传输速率。全球主要采用GSM和CDMA两种制式，我国主要采用GSM这一标准。第二代移动通信系统具有保密性强，频谱利用率高，能提供丰富的业务，标准化程度高等特点，可以进行省内外漫游。

第三代（the third generation，3G）是多媒体移动通信系统。第三代移动通信系统在国际上统称为IMT-2000，是国际电信联盟（1TU）在1985年提出的工作在2000MHz频段的系统。与第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信系统相比，第三代的最主要特征是可提供移动多媒体业务。

第四代（the forth generation，4G）也称为广带接入和分布网络，具有超过2Mb/s的非对称数据传输能力，对高速移动用户能提供150Mb/s的高质量的影像服务，并首次实现三维图像的高质量传输它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系），是集多种无线技术和无线LAN系统为一体的综合系统，也是宽带lP接入系统。

第五代（the fifth generation，5G）移动通信系统技术的提出和研发是面向2020年及以后的全球移动通信的强烈需求。

2015年6月24日，国际电信联盟（ITU）公布，5G技术的正式名称为IMT-2020，并公布相关标准在2020年制定完成。IMT-2020是第五代移动电话行动通信标准，传输速度是4G网络的40倍，而且具有低延时等特性。

2. 5G的概念

5G代表着移动技术演进和革命，达到无线生态系统各个成员迄今发布的多项高级别目标。普遍认为5G是一代能让蜂窝网络扩展至全新使用案例和垂直市场的无线技术。5G技术还可让蜂窝网络进入机器世界，它将造福于无人驾驶汽车等，并用来连接数以百万计的工业传感器，以及各种可穿戴消费电子设备。

5G与4G、3G、2G系统均有不同。5G是对现有无线接入技术（包括2G、3G、4G和WiFi）的技术演进与新增补充性无线接入技术集成后的解决方案的总称。或者说，5G将是一个真正意义上的融合网络。这个融合统一的标准，将提供人与人、人与物、物与物之间高速、安全、自由的连接。

3. 5G的主要特点

• 5G的网络架构将进一步扁平化，它将是功能强大的基站叠加一个大服务器集群和更加新型化的架构，如C-RAN。
• 5G的基站将更加小型化，可以安装于各种场景；具备更强大的功能，将去除传统的汇聚节点。
• 5G时的网速极大提升，比4G/LTE的峰值传输速率快100倍。
• 5G网络要满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地接入的要求。

因此，5G是一个广带化、泛在化（即广泛存在的网络）、智能化、融合化、绿色节能的大通信网络。

4. 5G无线通信技术概念及特点

5G通信技术作为概念性的技术在2001年由日本NTT公司提出，而我国5G概念则是于2012年8月在中国国际通信大会上提出。5G无线通信技术实际上就是无线互联网网络如图3-1所示，这个技术将支持OFDM（正交频分复用）、MC-CDMA（多载波码分多址）、LAS-CDMA（大区域同步码分多址）、UWB（超宽带）、NETWORK-LMDS（区域多点传输服务）和IPv6（互联网协议）。事实上，IPv6是4G和5G技术的基础协议。5G技术是一个完整的无线通信系统，没有任何限制，所以将5G称为真正无线世界或者WWWW（World Wide Wireless Web，世界级无线网）。

对于不同的无线电接入网（Radio Access Network，RAN），利用扁平化IP概念更容易使5G网络升级至一个单纳米核心网络。由于扁平化IP，我们要更关注网络安全，因此5G网络运用纳米技术作为防护工具来保障网络安全。不可否认的是，扁平化IP网络的关键概念就是使5G可以兼容所有的网络。为了满足使用者对即时数据应用的要求，无线运营商要试图转型到扁平化IP建设中。扁平化IP构架提供了一个能够通过象征性的名称来识别终端的方法，这种方法不像分层架构那样运用正常的IP地址，这种做法给移动网络运营商带来更多的利益。随着向扁平化IP架构的转型，移动运营商会有相应变化。

• 减少数据通道中的网络元素，从而减少运营成本和资本支出。
• 在运用新型的应用中，一定程度上减少数据在传输过程中的损耗。
• 将整个通信系统中的延迟最小化，如果无线链路中的延迟被增强，也会在系统中得到完整的识别。
• 分别独立改善无线网与核心网，使之相比从前的网络，拥有更好的拓展性，也可以建立更灵活的网络结构。
• 发展一个更灵活的核心网络，这个核心网可以作为基站，在移动终端与通用IP接入网中提供更新颖的服务。
• 创建一个更具有竞争力的平台，对于有线网络来说，具有价格和性能表现上的优势。

扁平化的网络结构在网络中去除了语音功能导向中的分层。为了取代覆盖在语音网络中的数据包，可以构造更简化的数据结构，这样可去除网络链条中多样的元素。

如图3-2所示是5G移动系统中的网络结构设计方案的系统模型，这是一个无线与移动网络互用的全IP网络模型。这个模型中包括一个用户终端（这在整个全新的构造中起至关重要的作用）和一些独立、自主的无线电接入技术。对于每一个终端来说，每一个无线电接人技术都可以被看作是一条IP链接，可以连通外部的Internet网络。但是，在移动终端中，不同的无线电接入技术需要不同的无线电接口。例如，若有4种不同的无线电接入技术，就需要4种对应的接口植入到移动终端中，而且要求可以同时激活这4种无线电接入。

5. 5G的应用

随着目前电子制造业与软件业的快速发展，越来越多的革新产品层出不穷，此时的通信行业不仅要提供优质的服务，更要提供高质量的通信网络环境。现代通信不但要满足日常的语音与短信业务，还要提供强大的数据业务。5G技术的发展可以给客户带来的最直的观感就是高速度、高兼容性。

根据目前4G中TD-LTE的官方统计数据来看，TD-LTE可以带来40Mb/s的下载速度，这样的速度可以满足高清视频、高质量的音乐等大量数据传输的数据业务。而5G的下载速度可以达到3.6Gb/s。就目前市面上的硬盘读写速度来说，普通的硬盘读写速度达到了100Mb/s，而所谓突破了读写瓶颈的固态硬盘的读写速度达到了250Mb/s。可以看出，5G的速度远远超过了硬盘的读写速度，这意味着，传统的储存设备将在5G网络中失去位置。可以做大胆的假设，未来的移动终端是没有储存设备的，所有储存将通过“云技术”实现。同样，从新型的4K显像技术来看，未来的视频像素将达到超视网膜的显示程度，这必然将视频的数据大小提高到新的程度，所以对于在线视频观看的要求就要更高，3.6Gb/s的下载速度可以完全满足这样高清视频的在线应用。

5G通信技术的研发，势必给通信行业带来新一代的革新。根据目前中国运营商的运营收入成分，大多集中于语音、SMS服务上，所谓的高速数据服务还在一个相对缓慢的发展期，即将商业化的4G通信技术将会有效地缓解运营商资本支出与收入不匹配的尴尬局面。但是，随着网络的日益强大，用户对网络的要求也更高，5G的研发与发展也被业内重视起来。