5G技术基础（一）

5G的 定义

5G是指第五代移动通信技术，也是目前新一代蜂窝移动通信技术，它是相对于4G（第四代移动通信技术）而言的，是继4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统之后的延伸。

5G的性能目标有：高速率低延时、节省能源降低成本、提高系统容量和大规模设备连接等。这里需要注意的是，5G的G是指generation（代），而非WiFi 5GHz。   

5G的 重要机构

涉及到5G技术的公司和机构有很多，华为、高通等都有参与。

我们在此介绍两个重要的组织：一个是ITU，另一个是3GPP。要了解5G的概念与技术，就离不开这两个组织。

ITU

ITU是联合国负责电信事物的专门机构，主要负责无线电频谱和卫星轨道资源的分配和管理、以及电信标准制定和电信协调发展等事务。

3GPP第三代伙伴计划协议

3GPP全名是第三代伙伴计划协议，它成立于1998年12月，多个电信标准组织伙伴共同签署了《第三代伙伴计划协议》。既然以3G开头，3GPP刚开始的工作范围也正是为第三代移动通信系统制定适用于所有人的技术规范和技术报告。随后不断演进，3GPP将7个电信标准开发组织（ARIB、ATIS、CCSA、ETSI、TSDSI、TTA、TTC）联合起来，称为“组织合作伙伴”，目前涵盖蜂窝通信技术，包括无线接入、核心网络和业务能力，为移动通信提供了完整的系统描述。

IMT-2020标准  

因为ITU负责着电信标准制定、协调和发展，所以在2015年9月M.2083-0建议书中ITU提出了2020年之后的移动通信愿景，IMT-2020（也就是5G），阐述了IMT未来发展的框架和总体目标。 

5G三大使用场景

IMT-2020愿景中预测会有三大使用情景：增强型移动宽带、超可靠和低延迟通信和大规模机器类型通信。

移动宽带考虑的是以人为中心的使用案例，移动端娱乐、视频社交和户外直播等应用对移动宽带的要求将持续增长，因而提出增强移动宽带。在现有移动宽带应用的基础上提高性能、实现无缝用户体验。其特点是对移动性的要求低，但户密度大的区域需要极高的通信能力。

超可靠和低延迟通信对吞吐量、延迟时间和可用性等性能的要求十分严格。在愿景中将会应用于：工业制造或生产流程的无线控制、远程手术、智能电网配电自动化以及运输安全等场景。

应用于连接设备数量庞大，但设备通常传输相对少量的非延迟敏感数据。需要低成本，低能耗和高电池续航时间。

5G八项关键特性

基于这三大使用情景，IMT-2020提出相对应的八项关键特性，并给出了不同使用情境中各关键特性的相关性。首先来看八大关键特性：

1、峰值数据速率：每台设备理想条件下可获取的数据速率

2、用户体验数据速率：移动设备在覆盖区域内随处可达到的数据速率

3、延迟时间：无线电网络对信源开始传送数据包到目的地接收数据包的经过时间造成的延迟

4、移动性：不同层面和无线技术之间QoS优先级和无缝切换能够达到的速度

5、连接密度：每平方公里面积内可访问设备的总数

6、能效：无线网络单位能耗和通信模块之单位能耗

7、频谱效率：单位区域频谱资源的利用率

8、区域通信能力：每个地理区域的总通信吞吐量

图中以“高”、“中”、“低”三步指示刻度说明了八大关键特性在增强型宽带、超可靠和低延迟通信以及大规模机器类型通信这三类使用场景中的重要程度。

举个例子，在一些超可靠和低延迟通信情境中，如无人驾驶，为满足安全苛求的应用要求，低延迟是重要的特性，但在该等案例中高数据速率等特性的重要性则相对较低。

5G与4G技术特性对比

下图是5G和4G关键特性的对比，其中IMT-2020是指5G；IMT-advanced是指4G。

可以看到5G中一般带宽理论能达到10Gbit/s，甚至在某些条件和场景下将支持多达20 Gbit/s的峰值数据速率，而4G只有1Gbit/s。

为实现增强型移动宽带，5G的频谱效率将比4G高三倍，但无线接入网络的能耗不应高当前4G网络的能耗。

5G理论支持500km/h的高移动性，适用于高速铁路的通信服务；且在延迟和连接密度上5G理论上可以实现1ms空口延迟和1km2内100万物联设备接入。

5G发展规划

ITU对5G的发展规划可以参考下图：大致规划是2015年提出愿景，15~20年完成5G的技术要求与标准的制定，预计20年之后开始5G网络的部署并进行标准的完善。这是ITU在愿景提出时的规划，具体的部署时间会有差异。

以上，我们通过IMT-2020标准的阐述，简单介绍了5G的定义、使用场景、技术特性等，下一期我们将详细介绍3GPP，您将会了解5G的八大技术特性是如何实现的，欢迎关注和留言。

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