5G來臨帶來的變化

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更快一些。4G是為人服務的，它實現了人與人之間的通信，5G實現了行業之間的通信。因此5G的概念可以說是連接一切。5G之所以如此強大因為它運用了微基站技術、大規模MIMO技術、同時同頻雙全工技術等技術。5G將應用于VR/AR、智慧城市、工業互聯網、無人駕駛、智能家居、智慧醫療、無人機、應急安全等生活的方方面面。

【關鍵詞】5G；概念；技術；應用

一、5G的概念

1、5G是什么

自從工業轉為互聯網以來，從模擬語音到數字語音，從移動寬帶到移動互聯網，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，它是一個統一的連接架構，一個統一的設計，一個未來創新的連接平臺。它將整合不同的頻譜類型和頻段，多樣化的服務，并通過全面的新技術進行部署。簡單地說5G連接了一切。

2、5G的特點

（1）高速

從3G一張圖片要加載，到4G看視頻會卡，再到現在5G三秒下載一部電影。從數據的角度來看，與4G網絡初期實現的100 Mbps峰值速率相比，5G的理論值將達到5Gbps甚至10Gbps，是4G網絡的50～100倍。速度上可以說有著質的飛躍。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化，時間便是金錢，換句話說5G效率的提升也將進一步降低連接所耗費的成本。

（2）泛在網

泛在網可以從字面上來理解，就是到處都有網絡的存在。有人就在想現在生活著不也是處處都有Wifi。5G帶來的處處都是網絡是不一樣的，5G是沒有人的情況下機器也可以高精度的運轉，監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；當你進入衛生間的時候他會給你調好水溫；會監控你的身體健康。5G以更智能的方式改變社會。

（3）低功耗

我們都知道手機只要一開數據耗電就會非常快，智能機器總比非智能機器耗電快。這就是功耗高的體現。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器這一特點就體現的很明顯。低功耗大型連接主要用于智能城市，環境監測，智能農業，森林防火和其他針對傳感和數據采集的應用場景。它具有數據包量小，功耗低，成本低，連接量大的特點。

（4）低延時

5G網絡連接萬物，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到效應器，反射弧長反應就慢，造成不良后果。同理我們都希望機器越靈敏越好，對于下達的指令反應越快越好。5G便實現了這樣的期望，人可以在遠處快速控制著機器。實現多種無人機技術，最典型的就是無人駕駛系統，車禍的發生往往就是那么幾秒，低延時的特點讓無人駕駛系統得以實現并且更安全可靠。

二、5G運用的技術

1、微基站技術

5G的來臨意味入網設備會成指數性質增長，本有的有的基站將不堪重負，傳輸的線路上也將面臨著巨大的挑戰。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。

有一項技術解決了所有問題就是微基站技術。基站微型化則設置密度加大，為避免基站之間的頻譜互擾，基站的輻射功率譜就會降低，這使手機的遠近效應不再明顯，手機開機時的功率控制步驟將簡化，而且手機的輻射功率也會降低，在相同能量的情況下待機時間會增加。【2】

2、大規模MIMO

因天線長度影響著波長，高頻的5G使得天線的長度變短。手機的天線可達微米級，這樣便可設計多天線陣列。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終端整合完成后，提高信噪比來達到抗干擾的效果，而5G 通信技術借助于多天線陣列這一技術模式，提升了通信網絡頻譜的利用效率，增強了通信技術的使用效率以及質量，并且降低成本。在實際應用環節，技術人員可以著眼于實際，采取針對性的研發手段，通過多天線傳輸技術方案，來進一步擴大 5G 通信網絡的覆蓋范圍，增強通信技術的效能。

簡單的理解大規模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，最后在統一匯總來提高效率。5G和大規模MIMO 之間是相輔相成的，這兩個技術缺少任何一個都實現不了。

3、同時同頻全雙工

這項技術實現的難度系較高，主要是因為它是通過對收發信號的處理，使得雙工通信建立在同時同頻的基礎上，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若要實用化，對發射信號的袁減要達到120dB，而現在實驗室的記錄是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。【4】

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，可以使得通信網絡在接受同頻信號的同時，能夠對信號發射機的干擾信號進行消除，增加頻譜的運行效率。提升 5G 通信的集中性，使得網絡能夠對用戶提供更為全面、便捷、高效的通信服務，滿足不同用戶的不同使用需求，增強通信行為的穩定性，排除外部因素的干擾。

三、5G的應用

1、車聯網：無人駕駛

目前無人駕駛正在高速發展，目前自動駕駛汽車主要使用激光雷達、毫米波雷達、高清攝像頭等設備，不僅價格高而且局限性大，這些復雜的設備在復雜的環境下，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網來解決，車聯網的好處不僅僅只有這些。陳山枝說：“中國每年擁堵時間達到 12 億小時 ，車聯網通信技術可以讓交通運輸效率提升30%； 中國每年有約 26 萬人死于交通事故 ，使用車聯網通信技術可使得事故發生率降低 80%。”【5】而車聯網的實現，必須要在5G的前提下。未來的車聯網必需要在第一時間實現數據傳輸，包括車與車之間的協同，車與路之間的同，包括協同決策，這需要加強邊緣計算。這些都需要5G高速、低時耗的特點下才能完成。

2、工業互聯網

在物聯網的場景下，機器通信、大規模通信、關鍵任務的通信對網絡的速度、穩定性、延時等提出了更高的要求，AR、VR、觸覺互聯網等新的應用迫切需要5G，面對未來人們對移動互聯網 AP 的需求和超大流量的事物互連的應用程序數量是巨大的。5G 發展將是物聯網的主要推動力，業界認為 5G 是為所有事物的互聯而設計的。

【參考文獻】

【1】5G時代究竟是什么樣？我們提前告訴你 愛活網 [OL].

【2】張弛.5G發展脈絡分析[J] .移動通信，2015，39（9）：5-8.

【3】軍王景堯，白巖，孟祥嬌，等，5G無線通信技術發展跟蹤與分析[J].現代電信科技2014（12）：1-4.

【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.