5G网络技术特点分析

时间：2024-05-04

蓝寿凯中国铁塔股份有限公司内江市分公司张金生中讯邮电咨询设计院有限公司

1 引言

5G是第五代移动电话行动通信标准的简称，是4G继续发展的产物。5G的理论下行速度为10Gb/s(相当于下载速度1.25GB/s).更高的速度能够满足更为丰富的应用，比如高清、高帧率视频传输，自动驾驶汽车，物联网等。3月4日，全国人大代表，中国信息通信研究院院长刘多接受记着采访时表示，5G第一版国际标准将于今年6月完成。我国5G研发实验第三阶段将于今年年底前完成，重点是系统验证。

2 发展历程

2013年2月，欧盟宣布，将斥巨资进行5G移动技术的开发，并制定时间表，将在2020年推出完善的5G方案。2013年5月，韩国的电子巨头三星宣布，已经完成5G核心技术的开发，并拟将此项技术在2020年进入商用阶段。三星主要通过64个天线单元组成的具有自我调节成立的天线阵列解决了高速传输的问题。我国，华为公司在2009年就开始就着手开展5G技术的研究，并研发出了5G的基站原型。2013年11月，华为公司开始将5G作为重要技术项目开展研究，力图在2020年实现5G商用。2014年5月，日本的电信巨头NTT开始与诺基亚、三星等六家厂商合作研发5G技术。2015年，英国宣布已经完成5G技术的研发工作。2015年3月，欧盟发布了欧盟5G发展计划和愿景。在我国，对5G技术的发展分为三个阶段，第一阶段为5G关键技术实验阶段，第二阶段为5G技术方案验证阶段，第三阶段为5G系统验证。5G技术将会实现更加高速的速度，更加宽的带宽，网速将比4g快10倍之多，具体来讲就是1秒钟即可下载一部高清的视频，能够实现虚拟现实、物联网等应用。5G技术的稳定性更高，可靠性更强，时延值也更低，能够满足智能驾驶等行业的的应用，对于改变行业业态，创造新的发展模式有重要意义。2017年2月，国际通信标准组织公布了5G的标志。2017年11月，我国工信部发布了《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》，明确了5G的使用中频频段。从而将5G商用推向一个新的阶段。11月下旬，工信部通知正式开始第三阶段的5G研发实验工作。2017年，12月，国际电信标准组织第78次全体会议上，5GNR首发版本正式冻结并发布。同时我国发改委发布了《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》，计划2018年在5个以上的城市进行5G商用试点。2018年2月23日，在世界移动通信大会即将召开的时候，达沃丰和华为宣布，两个巨头已经在西班牙完成了世界上第一个5G通话测试，2月17日，华为公司在MWC2018大会上发布了自己的5G芯片和终端。上海市政府与中国移动签订了“互联网+”合作框架协议，计划在上海构建新一代网络与信息基础设施。计划将5G光纤接入覆盖900万户和8300座商业写字楼。

3 技术特点

5G技术相比较4G及其他信息技术具有革命性的创新和提升，主要表现在如下几个方面。

3.1 超密集异构网络

5G的重要特点是速度更快，带宽更宽，要达到这个目的，带来的要求就是网络基础设施要有更高的承载能力。进入5G时代，流量将呈现爆炸性增长，因此5G网络需要增加节点数量、缩短小区半径，布设更多的基站，这就是5G的超密集异构网络。据测算，5G网络至少需要布设目前4G网络所需基站数目的10倍，节点距离赢保持在10米以内，达到在半径1-2公里范围内为20000名用户提供支持的标准。5G将大大提高网络的功率，并更加有效率的使用频率资源。但是超密集异构网络也带来一些问题，如同频、临频、倍频干扰问题，如多节点设置而带来的复杂拓扑问题等。

3.2 自组织网络

在传统网络中，依靠人为分配调配网络资源，这样做效率底下，耗费大量的人力物力，但是效果还不理想，而5G网络的流量更大，承载能力更强，因此还是依靠人为的调配，将不能有效发挥5G网络的作用，5G网络将是智能的自组织网络，自组织网络能够实现网络智能规划和部署，根据承载需求，临近的基站能够自我调配资源，实现资源科学有效分配，并能够实现网络自我愈合能力，比如某个基站坏了，自组织网路可以自动检测定位出现故障的基站所在位置并在基站管理系统中予以记录，从而大大减少了维护的成本和工作量。

3.3 内容分发网络

5G网络还具有内容分发功能，在5G网络中，除了用于物联网、车联网的信息，主要是用户需要的音频、视频、图片信息，而这些信息是最耗费网络流浪和带宽的，在流量过大的情况下，仅仅依靠增加基站节点，提高功率仍力不从心，这时候就可以采取搭建内容分发网络，在5G网络中增加新的层次用于内容分发，这个类似于互联网中的分布服务器，系统将根据各节点的运行状态，将一部分内容存放在用户附近的内容分发网络服务器上，实现用户就近获取信息，从而缓解网络堵塞问题。

3.4 D2D通信

为了提高5G网络的承载能力，流畅性，尽一切可能提高用户体验，5G网络将实现设备对设备通信技术，即D2D通信，D2D通信将利用蜂窝基站，实现终端设备与终端设备之间互相通信，这种通信的数据传输是设备与设备之间直接传输的，而相关指令、会话建立、控制、鉴权、管理仍然归5G网络管理，这样将大数据量的信息交给设备与设备之间的链路分担，而将控制信号的小数据量信息交给5G网络分担，实现了提高网络承载能力，提高用户体验的目的。

3.5 M2M通信

在人们展望5G时代的时候，人们经常期待更大带宽，更强承载能力的5G网络将会带来物联网的大发展，而5G网络在设计之初，也加入了物联网发展的标准，即M2M系列技术，在5G时代将有大量的物联网设备被接入5G网，实现物与物、人与物之间的通信，而M2M技术则主要是解决物与物之间通信的技术，实现物与物之间更加快捷有效的互联、协作。

3.6 信息中心网络

为解决实时音频、高清视频的服务问题，传统TCP/IP分发协议，已经不能满足大流量服务的需求，5G提出了ICN，即信息中心网络的概念，这一概念主要是指信息的分发、查找和传递， ICN能够提供良好的系统扩展性，并能够较好的解决实时性问题，能够提供给用户提供更加快速的信息获取模式，提升网络体验。

3.7 移动云计算

云计算服务在互联网中已经发展了若干年，技术相对成熟，已经提供了商业、国防、公益房方面的应用，而5G网络作为链接移动终端的网络，是互联网的延伸、也是互联网的一部分、某种意义上也正在不同程度的取代互联网，作为本是同根生的移动互联网和互联网，云计算技术的概念也同样可以移植到5G网络中来，能够为用户提供更为便捷的云计算服务。与互联网云计算类似，移动终端不用安装客户端，即可享受云服务业务。

3.8 5G对毫米波通信的研究

目前，通信领域使用的频段多集中于300MHz-3GHz频段，而对于3-300GHz的毫米波频段则应用较少，为充分利用频谱资源，在5G 技术研发之初，结合5G基站布设增多的特点，着力研发了对于毫米波段的利用，三星研究人员已经在这方面取得了突破性进展，在2000米的距离上实现了1Gbit/s的传输速度。然而毫米波绕射能力弱，携带能量相对较小，因此研究人员在路径损耗、建筑物穿透、雨衰等方面也进行了深入研究，能够达到使用标准，这样就解决了5G使用频段的紧缺问题，扩展了频率资源。

3.9 软件定义的无线网络

在5G推行商用的过程中，除了要解决自身技术问题，同时也要考虑目前正在使用的通信标准及协议，如LTE、WImax、WLAN等大量的异构网络，5G不能对这些技术视而不见，否则将在推广5G过程中，将遇到大量困难。于是在5G网络中引入了SDN 的思想概念，就是将控制系统从分布在广大范围内的设备上提取出来，在逻辑上实现集中的控制，统一转发规则。集中的控制系统可以即时获取、更新网络信息，使异构的网络更多的是承载流量服务，而控制功能被大大减少，从而实现了对异构网络的最大尺度兼容。