董一萍 馮浩楠 李金艾 李錚 王延澤

【摘 要】5G并不像3G，4G那樣僅僅是讓大家的手機(jī)更快一些。4G是為人服務(wù)的，它實(shí)現(xiàn)了人與人之間的通信，5G實(shí)現(xiàn)了行業(yè)之間的通信。因此5G的概念可以說是連接一切。5G之所以如此強(qiáng)大因?yàn)樗\(yùn)用了微基站技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、同時同頻雙全工技術(shù)等技術(shù)。5G將應(yīng)用于VR/AR、智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、智能家居、智慧醫(yī)療、無人機(jī)、應(yīng)急安全等生活的方方面面。

【關(guān)鍵詞】5G；概念；技術(shù)；應(yīng)用

一、5G的概念

1、5G是什么

自從工業(yè)轉(zhuǎn)為互聯(lián)網(wǎng)以來，從模擬語音到數(shù)字語音，從移動寬帶到移動互聯(lián)網(wǎng)，移動通信以大約每10年一次的速度改變著世界。即將到來的5G，它不僅僅是速度的提升，更重要的是它不再局限于人與人之間，它是一個統(tǒng)一的連接架構(gòu)，一個統(tǒng)一的設(shè)計(jì)，一個未來創(chuàng)新的連接平臺。它將整合不同的頻譜類型和頻段，多樣化的服務(wù)，并通過全面的新技術(shù)進(jìn)行部署。簡單地說5G連接了一切。

2、5G的特點(diǎn)

（1）高速

從3G一張圖片要加載，到4G看視頻會卡，再到現(xiàn)在5G三秒下載一部電影。從數(shù)據(jù)的角度來看，與4G網(wǎng)絡(luò)初期實(shí)現(xiàn)的100 Mbps峰值速率相比，5G的理論值將達(dá)到5Gbps甚至10Gbps，是4G網(wǎng)絡(luò)的50～100倍。速度上可以說有著質(zhì)的飛躍。而速度的提升意味著，連接速度和連接效率都有著很大的優(yōu)化，時間便是金錢，換句話說5G效率的提升也將進(jìn)一步降低連接所耗費(fèi)的成本。

（2）泛在網(wǎng)

泛在網(wǎng)可以從字面上來理解，就是到處都有網(wǎng)絡(luò)的存在。有人就在想現(xiàn)在生活著不也是處處都有Wifi。5G帶來的處處都是網(wǎng)絡(luò)是不一樣的，5G是沒有人的情況下機(jī)器也可以高精度的運(yùn)轉(zhuǎn)，監(jiān)控可以看清楚每個人的臉并自動彈出他的信息；早上起來的時候窗簾自己拉開并為你開啟你所需的電器；當(dāng)你進(jìn)入衛(wèi)生間的時候他會給你調(diào)好水溫；會監(jiān)控你的身體健康。5G以更智能的方式改變社會。

（3）低功耗

我們都知道手機(jī)只要一開數(shù)據(jù)耗電就會非常快，智能機(jī)器總比非智能機(jī)器耗電快。這就是功耗高的體現(xiàn)。低功耗意味著充電的頻率將減少，對于一些自身功率較大的機(jī)器這一特點(diǎn)就體現(xiàn)的很明顯。低功耗大型連接主要用于智能城市，環(huán)境監(jiān)測，智能農(nóng)業(yè)，森林防火和其他針對傳感和數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用場景。它具有數(shù)據(jù)包量小，功耗低，成本低，連接量大的特點(diǎn)。

（4）低延時

5G網(wǎng)絡(luò)連接萬物，就需要低時延。就像人的大腦控制著身體，信息通過反射弧傳達(dá)到效應(yīng)器，反射弧長反應(yīng)就慢，造成不良后果。同理我們都希望機(jī)器越靈敏越好，對于下達(dá)的指令反應(yīng)越快越好。5G便實(shí)現(xiàn)了這樣的期望，人可以在遠(yuǎn)處快速控制著機(jī)器。實(shí)現(xiàn)多種無人機(jī)技術(shù)，最典型的就是無人駕駛系統(tǒng)，車禍的發(fā)生往往就是那么幾秒，低延時的特點(diǎn)讓無人駕駛系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)并且更安全可靠。

二、5G運(yùn)用的技術(shù)

1、微基站技術(shù)

5G的來臨意味入網(wǎng)設(shè)備會成指數(shù)性質(zhì)增長，本有的有的基站將不堪重負(fù)，傳輸?shù)木€路上也將面臨著巨大的挑戰(zhàn)。如果在考慮穿透和繞射能力等因素，我們就要更多的基站，但是這樣基站之間的相互干擾又成了一個問題。

有一項(xiàng)技術(shù)解決了所有問題就是微基站技術(shù)。基站微型化則設(shè)置密度加大，為避免基站之間的頻譜互擾，基站的輻射功率譜就會降低，這使手機(jī)的遠(yuǎn)近效應(yīng)不再明顯，手機(jī)開機(jī)時的功率控制步驟將簡化，而且手機(jī)的輻射功率也會降低，在相同能量的情況下待機(jī)時間會增加?！?】

2、大規(guī)模MIMO

因天線長度影響著波長，高頻的5G使得天線的長度變短。手機(jī)的天線可達(dá)微米級，這樣便可設(shè)計(jì)多天線陣列。多天線陣列以前常用于抗干擾通訊等方面，不同路徑干擾不同到達(dá)終端整合完成后，提高信噪比來達(dá)到抗干擾的效果，而5G 通信技術(shù)借助于多天線陣列這一技術(shù)模式，提升了通信網(wǎng)絡(luò)頻譜的利用效率，增強(qiáng)了通信技術(shù)的使用效率以及質(zhì)量，并且降低成本。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，技術(shù)人員可以著眼于實(shí)際，采取針對性的研發(fā)手段，通過多天線傳輸技術(shù)方案，來進(jìn)一步擴(kuò)大 5G 通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，增強(qiáng)通信技術(shù)的效能。

簡單的理解大規(guī)模MIMO，就是基站和接收端形成多條通信道路，每條通信道路傳輸一部分信息，最后在統(tǒng)一匯總來提高效率。5G和大規(guī)模MIMO 之間是相輔相成的，這兩個技術(shù)缺少任何一個都實(shí)現(xiàn)不了。

3、同時同頻全雙工

這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度系較高，主要是因?yàn)樗峭ㄟ^對收發(fā)信號的處理，使得雙工通信建立在同時同頻的基礎(chǔ)上，通過提高帶寬的方式可等比例地提高信道容量，是最直接最有效的提速方式，但這是用大量的帶究資源換來的。同時同頻全雙工技術(shù)若要實(shí)用化，對發(fā)射信號的袁減要達(dá)到120dB，而現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的記錄是90dB，這30dB的差但就是1000倍的衰減最，而且越往后做難度就越大?！?】

它不光有提速的作用還有最原始的抗干擾能力。采用同時同頻全雙技術(shù)，可以使得通信網(wǎng)絡(luò)在接受同頻信號的同時，能夠?qū)π盘柊l(fā)射機(jī)的干擾信號進(jìn)行消除，增加頻譜的運(yùn)行效率。提升 5G 通信的集中性，使得網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)τ脩籼峁└鼮槿?、便捷、高效的通信服?wù)，滿足不同用戶的不同使用需求，增強(qiáng)通信行為的穩(wěn)定性，排除外部因素的干擾。

三、5G的應(yīng)用

1、車聯(lián)網(wǎng)：無人駕駛

目前無人駕駛正在高速發(fā)展，目前自動駕駛汽車主要使用激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、高清攝像頭等設(shè)備，不僅價格高而且局限性大，這些復(fù)雜的設(shè)備在復(fù)雜的環(huán)境下，感知能力是受限的。比如不能在大霧天判斷信號燈的顏色等問題。

這些問題可以用車聯(lián)網(wǎng)來解決，車聯(lián)網(wǎng)的好處不僅僅只有這些。陳山枝說：“中國每年擁堵時間達(dá)到 12 億小時 ，車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可以讓交通運(yùn)輸效率提升30%； 中國每年有約 26 萬人死于交通事故 ，使用車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可使得事故發(fā)生率降低 80%?！薄?】而車聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，必須要在5G的前提下。未來的車聯(lián)網(wǎng)必需要在第一時間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，包括車與車之間的協(xié)同，車與路之間的同，包括協(xié)同決策，這需要加強(qiáng)邊緣計(jì)算。這些都需要5G高速、低時耗的特點(diǎn)下才能完成。

2、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

在物聯(lián)網(wǎng)的場景下，機(jī)器通信、大規(guī)模通信、關(guān)鍵任務(wù)的通信對網(wǎng)絡(luò)的速度、穩(wěn)定性、延時等提出了更高的要求，AR、VR、觸覺互聯(lián)網(wǎng)等新的應(yīng)用迫切需要5G，面對未來人們對移動互聯(lián)網(wǎng) AP 的需求和超大流量的事物互連的應(yīng)用程序數(shù)量是巨大的。5G 發(fā)展將是物聯(lián)網(wǎng)的主要推動力，業(yè)界認(rèn)為 5G 是為所有事物的互聯(lián)而設(shè)計(jì)的。

【參考文獻(xiàn)】

【1】5G時代究竟是什么樣？我們提前告訴你 愛活網(wǎng) [OL].

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【4】鹿鳴.5G時代即將來臨，它會給我們帶來哪些巨變？[N].2018年11月號總第270期.