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5G时代——来了

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一、移动通信发展历程

1.1 移动通信技术具有代际演进规律

1980s——语音 1G

1990s——短信 2G

2000s——社交应用 3G

2010s——在线、互动、游戏 4G

2020s——虚拟现实“零”时延感知 5G

每十年移动通信会经历一次更新，迎来更加快速的网咯。

每一代移动通信网络都是由标志性能力和核心关键技术一起定义的，从第一代移动通信网（1G）发展到如今的第五代移动通信网络（5G），核心关键技术的不断突破带来了更高性能的移动通信，进而催生出越来越丰富的移动应用场景，深刻改变了人们的生活。1G 宣告了移动通信的诞生；2G伴随着大规模集成电路、微处理器与数字信号处理的应用不断成熟，将移动通信带入了数字时代，便携的移动电话开始普及；3G 提升了数据业务的支撑能力，互联网世界和通信世界开始走向融合，之后智能手机和 Andriod 操作系统横空出世，彻底引爆了移动互联网的发展；4G 乘势而起，进一步提升传输速率，开启移动互联网的全面发展时代；5G 突破了以往移动通信仅限于人与人之间的连接，实现了人与物、物与物的广泛互联，构建出统一连接世界的架构，通过跨行业整合，催生裂变出更多全新的行业应用。

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二、5G技术指标

（1）移动性移动性历代移动通信系统重要的性能指标，指在满足一定系统性能的前提下，通信双方最大相对移动速度。5G移动通信系统需要支持飞机、高速公路、城市地铁等超高速移动场景，同时也需要支持数据采集、工业控制低速移动或非移动场景。因此，5G移动通信系统的设计需要支持更广泛的移动性。

（2）时延时延采用OTT或RTT来衡量，前者是指发送端到接收端接收数据之间的间隔，后者是指发送端到发送端数据从发送到确认的时间间隔。在4G时代，网络架构扁平化设计大大提升了系统时延性能。在5G时代，车辆通信、工业控制、增强现实等业务应用场景，对时延提出了更高的要求，最低空口时延要求达到了1ms。在网络架构设计中，时延与网络拓扑结构、网络负荷、业务模型、传输资源等因素密切相关。

（3）用户感知速率5G时代将构建以用户为中心的移动生态信息系统，首次将用户感知速率作为网络性能指标。用户感知速率是指单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量。实际网络应用中，用户感知速率受到众多因素的影响，包括网络覆盖环境、网络负荷、用户规模和分布范围、用户位置、业务应用等因素，一般采用期望平均值和统计方法进行评估分析。

（4）峰值速率峰值速率是指用户可以获得的最大业务速率，相比4G网络，5G移动通信系统将进一步提升峰值速率，可以达到数十Gbps。

（5）连接数密度在5G时代存在大量物联网应用需求，网络要求具备超千亿设备连接能力。连接数密度是指单位面积内可以支持的在线设备总和，是衡量5G移动网络对海量规模终端设备的支持能力的重要指标，一般不低于十万/平方公里。

（6）流量密度流量密度是单位面积内的总流量数，是衡量移动网络在一定区域范围内数据传输能力。在5G时代需要支持一定局部区域的超高数据传输，网络架构应该支持每平方公里能提供数十Tbps的流量。在实际网络中，流量密度与多个因素相关，包括网络拓扑结构、用户分布、业务模型等因素。

（7）能源效率能源效率是指每消耗单位能量可以传送的数据量。在移动通信系统中，能源消耗主要指基站和移动终端的发送功率，以及整个移动通信系统设备所消耗的功率。在5G移动通信系统架构设计中，为了降低功率消耗，采取了一系列新型接入技术，如低功率基站、D2D技术、流量均衡技术、移动中继等。

三、5G应用场景

1.VR/AR

VR：虚拟现实 AR：增强现实 MR：混合现实

VR/AR是近眼现实、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息技术相互融合的产物，新形势下高质量VR/AR业务对带宽、时延要求逐渐提升，速率从25Mbps逐步提高到3.5Gbps，时延从30ms降低到5ms以下。伴随大量数据和计算密集型任务转移到云端，未来“Cloud VR+”将成为VR/AR与5G融合创新的典型范例。凭借5G超宽带高速传输能力，可以解决VR/AR渲染能力不足、互动体验不強和终端移动性差等痛点问题，推动媒体行业转型升级，在文化宣传、社交娱乐、教育科普等大众和行业领域培育5G的第一波“杀手级”应用。

2.车联网——自动驾驶

车联网系统，是指通过在车辆仪表台安装车载终端设备，实现对车辆所有工作情况和静、动态信息的采集、存储并发送。车联网系统一般具有实时实景功能，利用移动网络实现人车交互。

自动驾驶是将传统的电子辅助功能进行整合在一起，就形成了一个完全体的自动驾驶系统，帮助人们更好的预防危险。

3.远程医疗

5G +远程会诊

5G的高速、高效特性，可以实现相关医疗数据的快速传输及同步调阅，例如放射影像、病理情况、电子病历等，这可以推动从“ 面对面” 会诊到视频远程会诊的转变。患者可以利用5G技术通过高清视频与医生实时沟通，也通过可穿戴监测设备将监测数据实时传给远端的医生,便于医生进行实时诊断和会诊。

5G+远程手术

5G +急救5G医疗急救是指急救医护人员、救护车、120急救中心和医院之间基于5G网络通过沟通协作而开展的医疗急救服务，可以促进院前急救和院中救治的一体化衔接。在5G时代，配备高清晰视频通信、搭载基本医疗检测仪器的超级救护车将成为现实，心电、血氧、血压等生命特征数据将实时传输到医院，节约抢救时间。基于5G网络及GPS定位技术，可以实现患者院内外的准确定位,促进医疗资源的科学调度。

5G远程医疗设计案例

2019年3月16日，中国移动助力中国人民解放军总医院成功完成了全国首例 5G 远程人体手术——帕金森病“脑起搏器”植入手术。5G网络高速率、大带宽和低时延的特性，有效保障了3 000 km间远程手术操控的稳定性、可靠性和安全性，4K高清音视频交互系统帮助专家随时掌控手术进程和病人情况。

四、5G技术指标

1.超密集组网

5G需要满足热点高容量场景

超密集组网：大量增加小基站，以空间换性能

小基站优势：体积小、成本低、安装容易、适合深度覆盖

                  功率小、干扰小、更小的范围内实现频率复用、提升容量

                   距离用户近，提升信号质量和高速率

部署架构：宏基站+微基站 、微基站+微基站

关键技术：多路连接技术、无线回传技术

2.大规模天线阵列

传统天线2、4、8根，Massive MMo可达64、128、256根天线。提升了信号可靠性、提升了基站吞吐率、大幅降低对周边基站的干扰、服务更多的移动终端。

3.动态自组织网咯（SON）

  用于满足低时延可靠场景，部署灵活、支持多跳、高可靠性、支持超高宽带。

  动态自组织网咯技术实在5G蜂窝网咯授权和控制下，在本地可以将基站、终端以及各种新型的末端节点动态组成网咯，弥补了传统蜂窝网架构在组网灵活性方面的不足。另外，还可以通过组建动态自组织网咯。实现设备间通信，提升网咯频谱效率。

动态自组织网咯场景包括：

   针对低时延高可靠场景。降低端到端时延。提高传输可靠性；针对低功耗大连接场景，延伸网咯覆盖和接入能力。另外，适应灾害等应急场景，提升网咯可靠性。

4.软件定义网络（SDN）

物理上分离控制平台和转发平面

控制器集中管理多台转发设备

服务和程序部署在控制器上

5.网络功能虚拟化（NFV）

软硬件解耦，虚拟化

通用硬件实现网络功能

6.SDN与NFV区别

SDN是面向网络架构的创新

NFV是面向设备形态的创新

五、5G面临的挑战

1.频谱资源挑战

5GHz以下的频段已经非常拥挤

解决方向：高频段和超高频段

2.新业务的挑战

uRLLC：对时延、可靠性要求很高

mMTC：对连接数量、耗电/待机要求较高

eMBB：AR/VR等传输速率要求高

eMBB：指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务

mMTC:指大规模物联网业务

uRLLC：指无人驾驶，工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务

这三大应用场景分别指向不同的领域

3.新使用场景挑战、

移动热点：大量热点带来的超密组网挑战

物联网络：物联新业务远超人的活动范围

低空/高空覆盖：无人机、飞机航线覆盖等

4.安全挑战

三大场景安全挑战

eMBB：安全处理性能、二次认证、已知漏洞

mMTC轻量化安全、海量连接心令风暴

uRLLC：低时延的安全算法、边缘设计、隐私保护

新架构安全挑战

SDN、NFV等新安全挑战

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最后

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