5G - 快速指南

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5G - 简介

随着 20 世纪 80 年代模拟蜂窝系统的推出，无线电技术经历了快速、多向的发展。此后，数字无线通信系统始终致力于满足人类日益增长的需求（1G、……4G，或现在的 5G）。

因此，本文描述了 5G 技术，重点介绍了它的显着特征、技术设计（架构）、优点、缺点、挑战和未来范围。

5G的显着特点

第五^代移动网络或简称 5G 是即将到来的移动技术革命。这些功能及其可用性远远超出了正常人的预期。凭借其超高的速度，它有足够的潜力改变手机可用性的含义。

凭借大量的创新功能，现在您的智能手机将更加类似于笔记本电脑。您可以使用宽带互联网连接；其他令人着迷的重要功能是更多的游戏选项、更广泛的多媒体选项、无处不在的连接、零延迟、更快的响应时间，以及可以在其他手机上传输高质量的声音和高清视频，而不会影响音频和视频的质量。

5G - 技术

如果我们回顾过去，我们会发现，每隔十年，就有一代人在移动技术领域取得进步。从20世纪80年代的第一代（1G），到1990年代的第二代（2G），到2000年代的第三代（3G），到2010年代的第四代（4G），再到现在的第五代（5G），我们正在向越来越多的方向前进。先进且更智能的技术。

什么是5G技术？

5G 技术预计将提供新的（比之前的频段宽得多）频段以及每个频道更宽的频谱带宽。截至目前，前几代移动技术已证明峰值比特率大幅提高。那么——5G与之前（尤其是4G）有何不同？答案是，5G 与 4G 的区别不仅在于码率的提高，而且 5G 在以下方面也有所进步：

• 高增加的峰值比特率
• 单位面积数据量更大（即系统频谱效率高）
• 高容量，允许更多设备同时瞬时连接
• 更低的电池消耗
• 无论您身处哪个地理区域，都能获得更好的连接
• 更多配套设备
• 降低基础设施开发成本
• 更高的通信可靠性

正如研究人员所说，凭借广泛的带宽无线电信道，能够支持高达 10 Gbps 的速度，5G WiFi技术将提供连续且一致的覆盖范围——“真正意义上的更广域移动性”。

5G - 架构

5G架构非常先进，网元和各类终端都进行了特色升级，迎来了新的局面。同样，服务提供商可以实施先进的技术来轻松采用增值服务。

然而，可升级性基于认知无线电技术，其中包括各种重要功能，例如设备识别其地理位置以及天气、温度等的能力。认知无线电技术充当收发器（波束），可以感知地捕捉和响应无线电其操作环境中的信号。此外，它还能及时识别环境的变化并做出相应的响应，提供不间断的优质服务。

5G架构

如下图所示，5G的系统模型是完全基于IP的模型，专为无线和移动网络设计。

该系统由一个主用户终端和一些独立自主的无线接入技术组成。每一种无线电技术都被视为外部互联网世界的 IP 链路。IP 技术专门设计用于确保有足够的控制数据来适当路由与特定应用程序连接相关的 IP 数据包，即客户端应用程序与互联网上某处服务器之间的会话。此外，为了使数据包的路由可访问，应根据用户给定的策略进行修复（如下图所示）。

掌握核心技术

如图5所示，5G MasterCore是其他技术的汇聚点，这些技术对现有无线网络都有各自的影响。有趣的是，它的设计有助于MasterCore运行于并行多模式，包括全IP网络模式和5G网络模式。在此模式下（如下图所示），它控制 RAN 和不同接入网络 (DAT) 的所有网络技术。由于该技术兼容并管理所有新部署（基于 5G），因此更高效、更简单、更强大。

令人惊讶的是，5G新部署模式下可以开通任意业务模式，即世界组合业务模式（WCSM）。WCSM 是该技术的一个绝妙特性；例如，如果一位教授在一个国家的白板上写字，那么除了对话和视频之外，它还可以显示在世界任何其他地方的另一块白板上。此外，可以通过并行多模式服务轻松地添加新服务。

5G - 所需时间段

通常情况下，预计5G技术开发和实施所需的时间约为五年（即2020年）。但要为发展中国家的普通民众所用，它的作用还可能更大。

图 1 - 显示所有上一代技术的时间表。

预计时间长度

考虑到多重实用性和各种时尚的显着特征，研究人员预计这项技术将持续使用到 2040 年代。

5G - 应用

5G 技术具有许多独特的功能，其适用性对于广泛的人来说都是有用的，无论他们的目的是什么（如 mweb 图像所示）。

5G应用

一些重要的应用是 -

• 它将为所有人制定统一的全球标准。

• 网络可用性将无处不在，并将方便人们随时随地使用计算机和此类移动设备。

• 由于采用了IPv6技术，拜访护理移动IP地址将根据所连接的网络和地理位置进行分配。

• 它的应用将使世界成为真正的Wi-Fi区域。

• 其认知无线电技术将促进不同版本的无线电技术有效地共享相同的频谱。

• 它的应用也将方便人们在更高海拔地区利用无线电信号。

5G——进步

5G的应用就相当于梦想的实现。与以前的技术相比，它集成了超越极限的先进功能。

高级功能

与以前的无线电技术相比，5G 具有以下进步 -

• 实际上可以利用超高速，即 1 至 10 Gbps。
• 延迟将为 1 毫秒（端到端往返）。
• 每单位面积 1,000 倍带宽。
• 可以连接 10 到 100 个设备。
• 全球覆盖。
• 网络能源使用量减少约 90%。
• 电池寿命会更长。
• 整个世界都将处于无线区域。

5G - 优点和缺点

第五^代技术提供了广泛的功能，这对所有人群都有好处，包括学生、专业人士（医生、工程师、教师、管理机构、行政机构等），甚至普通人。

重要优势

5G 技术有几个优点，其中一些优点已在上面的爱立信图片中显示，下面描述了许多其他优点 -

• 高分辨率和双向大带宽整形。

• 将所有网络聚集在一个平台上的技术。

• 更加有效和高效。

• 促进订户监管工具快速采取行动的技术。

• 最有可能的是，将提供巨大的广播数据（千兆位），这将支持超过60,000个连接。

• 与前几代产品一样易于管理。

• 支持异构服务（包括专用网络）的技术健全。

• 可以在全球范围内提供统一、不间断且一致的连接。

5G技术的缺点

虽然5G技术的研究和概念化是为了解决移动世界的所有无线电信号问题和困难，但由于一些安全原因以及大多数地理区域缺乏技术进步，它具有以下缺点 -

• 技术仍在开发中，对其可行性的研究正在进行中。

• 由于世界大部分地区的技术支持不力，这项技术声称的速度似乎很难实现（将来可能会如此）。

• 许多旧设备无法支持 5G，因此，所有这些设备都需要更换为新设备，这是一笔昂贵的交易。

• 发展基础设施需要高昂的成本。

• 安全和隐私问题尚未解决。

5G - 挑战

挑战是新发展的内在组成部分；因此，与所有技术一样，5G 也面临着巨大的挑战。正如我们过去看到的无线电技术的发展，我们发现增长非常快。从1G到5G，历程只有40年左右（考虑到20世纪80年代的1G和2020年代的5G）。然而，在此过程中，我们观察到的共同挑战是缺乏基础设施、研究方法和成本。

尽管如此，仍有数十个国家使用2G和3G技术，甚至不知道4G，在这种情况下，每个人心中最重要的问题是 -

• 5G 能走多远？

• 是不是一些发达国家的技术或者发展中国家也会从中受益？

为了理解这些问题，5G 的挑战分为以下两个标题 -

• 技术挑战
• 共同的挑战

技术挑战

• 小区间干扰- 这是需要解决的主要技术问题之一。传统宏小区和并发小小区的大小存在差异，这会导致干扰。

• 高效的介质访问控制- 在需要密集部署接入点和用户终端的情况下，用户吞吐量会很低，延迟会很高，并且热点将无法通过蜂窝技术提供高吞吐量。需要对其进行适当的研究以优化技术。

• 流量管理- 与蜂窝网络中传统的人与人流量相比，小区中大量的机器对机器（M2M）设备可能会带来严重的系统挑战，即无线电接入网络（RAN）挑战，这将导致过载和拥塞。

共同的挑战

• 多种服务- 与其他无线电信号服务不同，5G 的艰巨任务是为在不同地理区域运行的异构网络、技术和设备提供服务。因此，标准化的挑战在于提供动态的、通用的、以用户为中心的、数据丰富的无线服务，以满足人们的高期望。

• 基础设施- 研究人员面临着 5G 服务标准化和应用的技术挑战。

• 通信、导航和传感- 这些服务在很大程度上取决于信号传输所用的无线电频谱的可用性。虽然5G技术拥有强大的计算能力来处理来自不同来源的海量数据，但它需要更大的基础设施支持。

• 安全和隐私——这是 5G 确保个人数据保护所需的最重要挑战之一。5G 必须定义与安全威胁相关的不确定性，包括信任、隐私、网络安全，这些威胁在全球范围内不断增长。

• 网络法立法- 随着高速和无处不在的 5G 技术，网络犯罪和其他欺诈也可能会增加。因此，网络法的立法也是一个迫在眉睫的问题，这在很大程度上是政府和政治（国家和国际问题）的问题。

5G - 未来范围

世界各地的技术专家、研究人员、院士、供应商、运营商和政府正在就 5G 的创新、实施、可行性和安全问题进行多项研究和讨论。

正如所提出的，5G 装载了从超高速互联网服务到流畅的无处不在的服务等多种先进功能，将解决许多问题。但问题是，在以前的技术（4G和3G）仍在开发中，很多部分尚未启动的情况下；5G的未来会怎样？

第五^代技术旨在在最新的移动操作系统中提供令人难以置信和卓越的数据功能、不受阻碍的通话量和不可估量的数据广播。因此，它是更加智能的技术，它将无限地连接整个世界。同样，我们的世界将普遍且不间断地获取信息、通信和娱乐，这将为我们的生活打开新的维度，并有意义地改变我们的生活方式。

此外，政府和监管机构可以利用这项技术作为良好治理的机会，创造更健康的环境，这肯定会鼓励对下一代技术5G的持续投资。