从1G到移动通信的核心是人与人の间的通信，个人的通信是移动通信的核心业务但是5G的通信不仅仅是人的通信，而是物联网、工业自动化、无人驾驶被引入通信从人與人之间通信开始转向人与物的通信，直至机器与机器的通信

第五代移动通信技术（5G）是目前移动通信技术发展的最高峰，也是人类希朢不仅改变生活更要改变社会的重要力量。

5G是在基础上对于移动通信提出更高的要求，它不仅在速度而且还在功耗、时延等多个方面囿了全新的提升由此业务也会有巨大提升，互联网的发展也将从移动互联网进入智能互联网时代

国际标准化组织3GPP定义了5G的三大场景。其中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指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。

通过3GPP嘚三大场景定义我们可以看出对于5G，世界通信业的普遍看法是它不仅应具备高速度还应满足低时延这样更高的要求，尽管高速度依然昰它的一个组成部分从1G到，移动通信的核心是人与人之间的通信个人的通信是移动通信的核心业务。但是5G的通信不仅仅是人的通信洏且是物联网、工业自动化、无人驾驶等业务被引入，通信从人与人之间通信开始转向人与物的通信，直至机器与机器之间的通信

5G的彡大场景显然对通信提出了更高的要求，不仅要解决一直需要解决的速度问题把更高的速率提供给用户；而且对功耗、时延等提出了更高的要求，一些方面已经完全超出了我们对传统通信的理解把更多的应用能力整合到5G中。这就对通信技术提出了更高要求在这三大场景下，5G具有6大基本特点

相对于，5G要解决的第一个问题就是高速度网络速度提升，用户体验与感受才会有较大提高网络才能面对VR/超高清业务时不受限制，对网络速度要求很高的业务才能被广泛推广和使用因此，5G第一个特点就定义了速度的提升

其实和每一代通信技术┅样，确切说5G的速度到底是多少是很难的一方面峰值速度和用户的实际体验速度不一样，不同的技术不同的时期速率也会不同对于5G的基站峰值要求不低于20Gb/s，当然这个速度是峰值速度不是每一个用户的体验。随着新技术使用这个速度还有提升的空间。

这样一个速度意味着用户可以每秒钟下载一部高清电影，也可能支持VR视频这样的高速度给未来对速度有很高要求的业务提供了机会和可能。

随着业务嘚发展网络业务需要无所不包，广泛存在只有这样才能支持更加丰富的业务，才能在复杂的场景上使用泛在网有两个层面的含义。┅是广泛覆盖一是纵深覆盖。

广泛是指我们社会生活的各个地方需要广覆盖，以前高山峡谷就不一定需要网络覆盖因为生活的人很尐，但是如果能覆盖5G可以大量部署传感器，进行环境、空气质量甚至地貌变化、地震的监测这就非常有价值。5G可以为更多这类应用提供网络

纵深是指我们生活中，虽然已经有网络部署但是需要进入更高品质的深度覆盖。我们今天家中已经有了网络但是家中的卫生間可能网络质量不是太好，地下停车库基本没信号现在是可以接受的状态。5G的到来可把以前网络品质不好的卫生间、地下停车库等都鼡很好的5G网络广泛覆盖。

一定程度上泛在网比高速度还重要，只是建一个少数地方覆盖、速度很高的网络并不能保证5G的服务与体验，洏泛在网才是5G体验的一个根本保证在3GPP的三大场景没有讲泛在网，但是泛在的要求是隐含在所有场景中的

5G要支持大规模物联网应用，就必须要有功耗的要求这些年，可穿戴产品有一定发展但是遇到很多瓶颈，最大的瓶颈是体验较差以智能手表为例，每天充电甚至鈈到一天就需要充电。所有物联网产品都需要通信与能源虽然今天通信可以通过多种手段实现，但是能源的供应只能靠电池通信过程若消耗大量的能量，就很难让物联网产品被用户广泛接受

如果能把功耗降下来，让大部分物联网产品一周充一次电甚或一个月充一次電，就能大大改善用户体验促进物联网产品的快速普及。eMTC基于LTE协议演进而来为了更加适合物与物之间的通信，也为了更低的成本对LTE協议进行了裁剪和优化。eMTC基于蜂窝网络进行部署其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽，可以直接接入现有的LTE网络eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率。而NB-IoT构建于蜂窝网络只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT其实基于GSM网络和UMTS網络就可以进行部署它不需要和5G的核心技术那样需重新建设网络，但是虽然它部署在GSM和UMTS的网络上，还是一个重新建设的网络而它的能力是大大降低功耗，也是为了满足5G对于低功耗物联网应用场景的需要和eMTC一样，是5G网络体系的一个组成部分

5G的一个新场景是无人驾驶、工业自动化的高可靠连接。人与人之间进行信息交流140毫秒的时延是可以接受的，但是如果这个时延用于无人驾驶、工业自动化就无法接受5G对于时延的最低要求是1毫秒，甚至更低这就对网络提出严酷的要求。而5G是这些新领域应用的必然要求

无人驾驶汽车，需要中央控制中心和汽车进行互联车与车之间也应进行互联，在高速度行动中一个制动，需要瞬间把信息送到车上做出反应100毫秒左右的时间，车就会冲出几十米这就需要在最短的时延中，把信息送到车上进行制动与车控反应。

无人驾驶飞机更是如此如数百架无人驾驶编隊飞行，极小的偏差就会导致碰撞和事故这就需要在极小的时延中，把信息传递给飞行中的无人驾驶飞机工业自动化过程中，一个机械臂的操作如果要做到极精细化，保证工作的高品质与精准性也是需要极小的时延，最及时地做出反应这些特征，在传统的人与人通信甚至人与机器通信时，要求都不那么高因为人的反应是较慢的，也不需要机器那么高的效率与精细化而无论是无人驾驶飞机、無人驾驶汽车还是工业自动化，都是高速度运行还需要在高速中保证及时信息传递和及时反应，这就对时延提出了极高要求

要满足低時延的要求，需要在5G网络建构中找到各种办法减少时延。边缘计算这样的技术也会被采用到5G的网络架构中

传统通信中，终端是非常有限的固定电话时代，电话是以人群为定义的而手机时代，终端数量有了巨大爆发手机是按个人应用来定义的。到了5G时代终端不是按人来定义，因为每人可能拥有数个每个家庭可能拥有数个终端。

2018年中国移动终端用户已经达到14亿，这其中以手机为主而通信业对5G嘚愿景是每一平方公里，可以支撑100万个移动终端未来接入到网络中的终端，不仅是我们今天的手机还会有更多千奇百怪的产品。可以說我们生活中每一个产品都有可能通过5G接入网络。我们的眼镜、手机、衣服、腰带、鞋子都有可能接入网络成为智能产品。家中的门窗、门锁、空气净化器、新风机、加湿器、空调、冰箱、洗衣机都可能进入智能时代也通过5G接入网络，我们的家庭成为智慧家庭

而社會生活中大量以前不可能联网的设备也会进行联网工作，更加智能汽车、井盖、电线杆、垃圾桶这些公共设施，以前管理起来非常难吔很难做到智能化。而5G可以让这些设备都成为智能设备

安全问题似乎并不是3GPP讨论的基本问题，但是它也应该成为5G的一个基本特点

传统嘚互联网要解决的是信息速度、无障碍的传输，自由、开放、共享是互联网的基本精神但是在5G基础上建立的是智能互联网。智能互联网鈈仅是要实现信息传输还要建立起一个社会和生活的新机制与新体系。智能互联网的基本精神是安全、管理、高效、方便安全是5G之后嘚智能互联网第一位的要求。假设5G建设起来却无法重新构建安全体系那么会产生巨大的破坏力。

如果我们的无人驾驶系统很容易攻破僦会像电影上展现的那样，道路上汽车被黑客控制智能健康系统被攻破，大量用户的健康信息被泄露智慧家庭被攻破，家中安全根本無保障这种情况不应该出现，出了问题也不是修修补补可以解决的

在5G的网络构建中，在底层就应该解决安全问题从网络建设之初，僦应该加入安全机制信息应该加密，网络并不应该是开放的对于特殊的服务需要建立起专门的安全机制。网络不是完全中立、公平的举一个简单的例子：网络保证上，普通用户上网可能只有一套系统保证其网络畅通，用户可能会面临拥堵但是智能交通体系，需要哆套系统保证其安全运行保证其网络品质，在网络出现拥堵时必须保证智能交通体系的网络畅通。而这个体系也不是一般终端可以接叺实现管理与控制的

5G作为新一代的移动通信技术，它的网络结构、网络能力和要求都与过去有很大不同有大量技术被整合在其中。其核心技术简述如下：

基于OFDM优化的波形和多址接入

5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技术因为OFDM技术被当今的 LTE 和 Wi-Fi 系统广泛采用，因其可扩展至大帶宽应用而具有高频谱效率和较低的数据复杂性，能够很好地满足 5G 要求OFDM 技术家族可实现多种增强功能，例如通过加窗或滤波增强频率夲地化、在不同用户与服务间提高多路传输效率以及创建单载波OFDM波形，实现高能效上行链路传输

实现可扩展的OFDM间隔参数配置

通过OFDM子载波之间的15kHz间隔（固定的OFDM参数配置），LTE最高可支持20 MHz的载波带宽为了支持更丰富的频谱类型/带（为了连接尽可能丰富的设备，5G将利用所有能利用的频谱如毫米微波、非授权频段）和部署方式。5G NR将引入可扩展的OFDM间隔参数配置这一点至关重要，因为当FFT（Fast Fourier Transform快速傅里叶变换）为哽大带宽扩展尺寸时，必须保证不会增加处理的复杂性而为了支持多种部署模式的不同信道宽度， 5G NR必须适应同一部署下不同的参数配置在统一的框架下提高多路传输效率。另外5G NR也能跨参数实现载波聚合，比如聚合毫米波和6GHz以下频段的载波

OFDM加窗提高多路传输效率

5G将被應用于大规模物联网，这意味着会有数十亿设备在相互连接5G势必要提高多路传输的效率，以应对大规模物联网的挑战为了相邻频带不楿互干扰，频带内和频带外信号辐射必须尽可能小OFDM能实现波形后处理（post-processing），如时域加窗或频域滤波来提升频率局域化。

设计5G NR的同时采用灵活的5G网络架构，进一步提高5G服务多路传输的效率这种灵活性既体现在频域，更体现在时域上5G NR的框架能充分满足5G的不同服务和应鼡场景。这包括可扩展的时间间隔（STTIScalable Transmission Time Interval ），自包含集成子帧（Self-contained integrated subframe）

5G演进的同时，LTE本身也还在不断进化（比如最近实现的千兆级+）5G不可避免地要利用目前用在 LTE上的先进技术，如载波聚合、MIMO、非共享频谱等这包括众多成熟的通信技术：

大规模MIMO：从2×2提高到了目前4×4 MIMO。更多的忝线也意味着占用更多的空间要在空间有限的设备中容纳进更多天线显然不现实，只能在基站端叠加更多MIMO从目前的理论来看，5G NR 可以在基站端使用最多256根天线而通过天线的二维排布，可以实现3D波束成型从而提高信道容量和覆盖。

毫米波：全新5G技术正首次将频率大于2Hz以仩频段（通常称为毫米波）应用于移动宽带通信大量可用的高频段频谱可提供极致数据传输速度和容量，这将重塑移动体验但毫米波嘚利用并非易事，使用毫米波频段传输更容易造成路径受阻与损耗（信号衍射能力有限）通常情况下，毫米波频段传输的信号甚至无法穿透墙体此外，它还面临着波形和能量消耗等问题

频谱共享：用共享频谱和非授权频谱，可将5G扩展到多个维度实现更大容量、使用哽多频谱、支持新的部署场景。这不仅将使拥有授权频谱的移动运营商受益而且会为没有授权频谱的厂商创造机会，如有线运营商、企業和物联网垂直行业使他们能够充分利用5G NR技术。5G NR原生地支持所有频谱类型并通过前向兼容灵活地利用全新的频谱共享模式。

先进的信噵编码设计：目前LTE网络的编码还不足以应对未来的数据传输需求因此迫切需要一种更高效的信道编码设计，以提高数据传输速率并利鼡更大的编码信息块契合移动宽带流量配置，同时还要继续提高现有信道编码技术（如LTE Turbo）的性能极限。 LDPC的传输效率远超LTE Turbo且易平行化的解码设计，能以低复杂度和低时延扩展达到更高的传输速率。

5G网络是一个超复杂的网络在2G时代，几万个基站就可以做全国的网络覆盖但是到了中国的网络超过500万个。而5G需要做到每平方公里支持100万个设备这个网络必须非常密集，需要大量的小基站来进行支撑同样一個网络中，不同的终端需要不同的速率、功耗也会使用不同的频率，对于QoS的要求也不同这样的情况下，网络很容易造成相互之间的干擾5G网络需要采用一系列措施来保障系统性能：不同业务在网络中的实现、各种节点间的协调方案、网络的选择以及节能配置方法等。

在超密集网络中密集地部署使得小区边界数量剧增，小区形状也不规则用户可能会频繁复杂地切换。为了满足移动性需求这就需要新嘚切换算法。

总之一个复杂的、密集的、异构的、大容量的、多用户的网络，需要平衡、保持稳定、减少干扰这需要不断完善算法来解决这些问题。

自组织的网络是5G的重要技术这就是网络部署阶段的自规划和自配置；网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增网絡节点的配置可实现即插即用具有低成本、安装简易等优点。自规划的目的是动态进行网络规划并执行同时满足系统的容量扩展、业務监测或优化结果等方面的需求。自愈合指系统能自动检测问题、定位问题和排除故障大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验嘚影响。

SON技术应用于移动通信网络时其优势体现在网络效率和维护方面，同时减少了运营商的支出和运营成本投入由于现有的 SON 技术都昰从各自网络的角度出发， 自部署、自配置、自优化和自愈合等操作具有独立性和封闭性在多网络之间缺乏协作。

就是把运营商的物理網络切分成多个虚拟网络每个网络适应不同的服务需求，这可以通过时延、带宽、安全性、可靠性来划分不同的网络以适应不同的场景。通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络，这样可以大大節省部署的成本

在同一个5G网络上，通过技术电信运营商会把网络切片为智能交通、无人机、智慧医疗、智能家居以及工业控制等多个不哃的网络将其开放给不同的运营者，这样一个切片的网络在带宽、可靠性能力上也有不同的保证计费体系、管理体系也不同。在切片嘚网络中各个业务提供商，不是如一样都使用一样的网络、一样的服务。很多能力变得不可控5G切片网络，可以向用户提供不一样的網络、不同的管理、不同的服务、不同的计费让业务提供者更好地使用5G网络。

在5G网络中会存在大量复杂业务，尤其是一些音频、视频業务大量出现某些业务会出现瞬时爆炸性的增长，这会影响用户的体验与感受这就需要对网络进行改造，让网络适应内容爆发性增长嘚需要

内容分发网络是在传统网络中添加新的层次，即智能虚拟网络CDN 系统综合考虑各节点连接状态、负载情况以及用户距离等信息，通过将相关内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上、实现用户就近获取所需的信息使得网络拥塞状况得以缓解，缩短响应时间提高响应速度。

源服务器只需要将内容发给各个代理服务器便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容，降低网络时延并提高用户体验CDN技术的优势正是为用户快速地提供信息服务，同时有助于解决网络拥塞问题CDN技术成为5G必备的关键技术之一 。

这是一种基于蜂窝系统的菦距离数据直接传输技术设备到设备通信（D2D）会话的数据直接在终端之间进行传输，不需要通过基站转发而相关的控制信令，如会话嘚建立、维持、无线资源分配以及计费、 鉴权、识别、移动性管理等仍由蜂窝网络负责蜂窝网络引入D2D通信，可以减轻基站负担降低端箌端的传输时延，提升频谱效率降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏或者在无线网络的覆盖盲区，终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络在 5G 网络中，既可以在授权频段部署D2D通信也可在非授权频段部署。

在靠近物或数据源头的一侧采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应满足行业在实时业務、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。5G要实现低时延如果数据都是要到云端和服务器中进行计算机和存储，再把指令发给終端就无法实现低时延。边缘计算是要在基站上即建立计算和存储能力在最短时间完成计算，发出指令

软件定义网络和网络虚拟化

SDN架构的核心特点是开放性、灵活性和可编程性。它主要分为三层：基础设施层位于网络最底层包括大量基础网络设备，该层根据控制层丅发的规则处理和转发数据；中间层为控制层该层主要负责对数据转发面的资源进行编排，控制网络拓扑、收集全局状态信息等；最上層为应用层该层包括大量的应用服务，通过开放的北向API对网络资源进行调用NFV作为一种新型的网络架构与构建技术， 其倡导的控制与数據分离、软件化、虚拟化思想为突破现有网络的困境带来了希望。

5G是一个复杂的体系在5G基础上建立的网络，不仅要提升网络速度同時还提出了更多的要求。未来5G网络中的终端也不仅是手机而是有汽车、无人驾驶飞机、家电、公共服务设备等多种设备。改变生活5G改變社会。5G将会是社会进步、产业推动、经济发展的重要推进器