第2章　智能制造中的通信网络

2.1　第五代移动通信系统

2.1.1　概述

与前几代移动通信技术相比，第五代移动通信技术（5G）的业务能力变得更加丰富，并且由于场景多样化的需求，5G不再像以往一样单纯地强调某种单一技术基础，而是综合考虑8个技术指标：峰值速率、用户体验速率、频谱效率、移动性、时延、连接数密度、网络能量效率和流量密度。

与现有4G相比，随着用户需求的增加，5G网络应重点关注4G中尚未实现的挑战，例如容量更高、数据速率更快、端到端时延更低、开销更小、大规模设备连接和始终如一的用户体验质量等。图2-1中展示了不同应用场景下不同的技术指标要求［1］。其中，在未来5G网络中，预计空口时延将小于1ms，端到端时延小于10ms，低时延高可靠的网络场景在智能家居、智慧医疗、智能车联、智慧城市、安全运营、自动化生产等方面具有广泛的应用前景。

图2-1　5G关键技术指标

早在全球部署第四代移动通信系统时候，5G的研发就已经成为业界关注的焦点。制定全球统一的5G标准是当前的主要任务。如图2-2所示［2］，国际电信联盟（ITU）于2016年开展了5G技术性能需求和评估方法的研究，并且于2017年底启动5G候选方案征集，计划于2020年底完成标准制定。其中，3GPP主要负责5G国际标准技术内容的制定工作。3GPP Rel-14阶段是启动5G标准的最佳时期，Rel-15阶段对5G标准工作项目进行启动，Rel-16及以后将进一步完善和增强5G标准。而我国已经开始进行了5G技术的研究，并在IMT-2020（5G）推进组的组织下，已经完成了第一阶段无线测试规范的制定工作。

图2-2　5G工作计划

目前，5G网络已经被视为万物互联的基础（即物联网），因为所谓的物联网将包含数十亿个传感器、应用程序、安全系统、健康监视器、智能手机、智能手表等设备。5G的目标是在大范围覆盖时达到每秒100兆、局部甚至达到每秒吉比特的速率。与以往移动通信技术相比，5G会更加满足多样化场景需求，如5G将渗透到物联网等领域，与工业设施、农业器械、医疗仪器、交通工具等深度融合，全面实现万物互联，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的信息化服务需要。