5G

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5G(Fifth-generation，第五代移動通信技術)

　　5G是第五代移動通信技術的簡稱，目前還沒有一個具體標準。不過在有消息報道南韓成功研發第五代移動通信技術，手機在利用該技術後無線下載速度可以達到每秒3.6G。這一新的通信技術名為Nomadic Local Area Wireless Access，簡稱NoLA。

　　與4G、3G、2G不同的是，5G並不是獨立的、全新的無線接入技術，而是對現有無線接入技術（包括2G、3G、4G和WiFi）的技術演進，以及一些新增的補充性無線接入技術集成後解決方案的總稱。從某種程度上講，5G將是一個真正意義上的融合網路。以融合和統一的標準，提供人與人、人與物以及物與物之間高速、安全和自由的聯通。

　　據預測，2020年的數據流量將比2010年增長1000倍。5G系統的研發將面向2020年移動通信的需求，包含體系架構、無線組網、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發與利用等關鍵技術。

　　2013年2月，歐盟宣佈，將撥款5000萬歐元。加快5G移動技術的發展，計划到2020年推出成熟的標準。

　　2013年5月13日，南韓三星電子有限公司宣佈，已成功開發第5代移動通信（5G）的核心技術，這一技術預計將於2020年開始推向商業化。該技術可在28GHz超高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數據，且最長傳送距離可達2公裡。相比之下，當前的第四代長期演進（4GLTE）服務的傳輸速率僅為75Mbps。而此前這一傳輸瓶頸被業界普遍認為是一個技術難題，而三星電子則利用64個天線單元的自適應陣列傳輸技術破解了這一難題。與南韓4G技術的傳送速度相比，5G技術預計可提供比4G長期演進（LTE）快100倍的速度。利用這一技術，下載一部高畫質（HD）電影只需十秒鐘。

　　早在2009年，華為就已經展開了相關技術的早期研究，併在之後的幾年裡向外界展示了5G原型機基站。華為在2013年11月6日宣佈將在2018年前投資6億美元對5G的技術進行研發與創新，並預言在2020年用戶會享受到20Gbps的商用5G移動網路。

　　2014年5月8日，日本電信營運商 NTT DoCoMo 正式宣佈將與 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家廠商共同合作，開始測試凌駕現有 4G 網路 1000 倍網路承載能力的高速 5G 網路，傳輸速度可望提升至 10Gbps。預計在2015年展開戶外測試，並期望於 2020 年開始運作。

　　2015年3月1日，英國《每日郵報》報道，英國已成功研製5G網路，併進行100米內的傳送數據測試，每秒數據傳輸高達125GB，是4G網路的6.5萬倍，理論上1秒鐘可下載30部電影，並稱於2018年投入公眾測試，2020年正式投入商用。

　　2015年3月3日，歐盟數字經濟和社會委員古澤·奧廷格正式公佈了歐盟的5G公司合作願景，力求確保歐洲在下一代移動技術全球標準中的話語權。奧廷格表示，5G公私合作願景不僅涉及光纖、無線甚至衛星通信網路相互整合，還將利用軟體定義網路（SDN）、網路功能虛擬化（NFV）、移動邊緣計算（MEC）和霧計算(Fog Computing)等技術。在頻譜領域，歐盟的5G公私合作願景還將劃定數百兆赫用於提升網路性能，60 GHz及更高頻率的頻段也將被納入考慮。

　　歐盟的5G網路將在2020年~2025年之間投入運營。

　　2015年9月7日，美國移動運營商Verizon無線公司宣佈，將從2016年開始試用5G網路，2017年在美國部分城市全面商用。

　　我國5G技術研發試驗將在2016-2018年進行，分為5G關鍵技術試驗、5G技術方案驗證和5G系統驗證三個階段實施。

　　2016年3月，工信部副部長陳肇雄表示：5G是新一代移動通信技術發展的主要方向，是未來新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比，不僅將進一步提升用戶的網路體驗，同時還將滿足未來萬物互聯的應用需求。

　　從用戶體驗看，5G具有更高的速率、更寬的帶寬，預計5G網速將比4G提高10倍左右，只需要幾秒即可下載一部高清電影，能夠滿足消費者對虛擬現實、超高清視頻等更高的網路體驗需求。

　　從行業應用看，5G具有更高的可靠性，更低的時延，能夠滿足智能製造、自動駕駛等行業應用的特定需求，拓寬融合產業的發展空間，支撐經濟社會創新發展。

　　從發展態勢看，5G還處於技術標準的研究階段，後來幾年4G還將保持主導地位、實現持續高速發展。但5G有望2020 年正式商用。

　　2016年，諾基亞與加拿大運營商Bell Canada合作，完成加拿大首次5G網路技術的測試。測試中使用了73GHz範圍內頻譜，數據傳輸速率為加拿大現有4G網路的6倍。

　　2017年2月9日，國際通信標準組織3GPP宣佈了“5G”的官方 Logo。

　　2017年11月15日，工信部發佈《關於第五代移動通信系統使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關事宜的通知》，確定5G中頻頻譜，能夠兼顧系統覆蓋和大容量的基本需求。

　　2017年11月下旬中國工信部發佈通知，正式啟動5G技術研發試驗第三階段工作，並力爭於2018年年底前實現第三階段試驗基本目標。

　　2017年12月21日，在國際電信標準組織3GPP RAN第78次全體會議上，5G NR首發版本正式凍結併發布。

　　2017年12月，發改委發佈《關於組織實施2018年新一代信息基礎設施建設工程的通知》，要求2018年將在不少於5個城市開展5G規模組網試點，每個城市5G基站數量不少50個、全網5G終端不少於500個。

　　2018年2月23日，在世界移動通信大會召開前夕，沃達豐和華為宣佈，兩公司在西班牙合作採用非獨立的3GPP 5G新無線標準和Sub6 GHz頻段完成了全球首個5G通話測試。

　　2018年2月27日，華為在MWC2018大展上發佈了首款3GPP標準5G商用晶元巴龍5G01和5G商用終端，支持全球主流5G頻段，包括Sub6GHz(低頻)、mmWave(高頻)，理論上可實現最高2.3Gbps的數據下載速率。

　　2018年6月13日，3GPP 5G NR標準 SA（Standalone，獨立組網）方案在3GPP第80次TSG RAN全會正式完成併發布，這標志著首個真正完整意義的國際5G標準正式出爐。

　　2018年6月14日，3GPP全會（TSG#80）批准了第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網功能凍結。加之2017年12月完成的非獨立組網NR標準，5G已經完成第一階段全功能標準化工作，進入了產業全面衝刺新階段。

　　2018年6月28日，中國聯通公佈了5G部署：將以SA為目標架構，前期聚焦eMBB，5G網路計劃2020年正式商用。

　　2018年8月2日，奧迪與愛立信宣佈，計劃率先將5G技術用於汽車生產。在奧迪總部德國因戈爾施塔特，兩家公司就一系列活動達成一致，共同探討5G作為一種面向未來的通信技術，能夠滿足汽車生產高要求的潛力。奧迪和愛立信簽署了諒解備忘錄在未來幾個月內，兩家公司的專家們將在位於德國蓋梅爾斯海姆的“奧迪生產實驗室”的技術中心進行現場測試。

　　未來5G網路正朝著網路多元化、寬頻化、綜合化、智能化的方向發展。隨著各種智能終端的普及，面向2020年及以後，移動數據流量將呈現爆炸式增長。在未來5G網路中，減小小區半徑，增加低功率節點數量，是保證未來5G網路支持1000倍流量增長的核心技術之一。因此，超密集異構網路成為未來5G網路提高數據流量的關鍵技術。

　　未來無線網路將部署超過現有站點10倍以上的各種無線節點，在巨集站覆蓋區內，站點間距離將保持10m以內，並且支持在每1km2範圍內為25000個用戶提供服務。同時也可能出現活躍用戶數和站點數的比例達到1∶1的現象，即用戶與服務節點一一對應。密集部署的網路拉近了終端與節點間的距離，使得網路的功率和頻譜效率大幅度提高，同時也擴大了網路覆蓋範圍，擴展了系統容量，並且增強了業務在不同接入技術和各覆蓋層次間的靈活性。雖然超密集異構網路架構在5G中有很大的發展前景，但是節點間距離的減少，越發密集的網路部署將使得網路拓撲更加複雜，從而容易出現與現有移動通信系統不兼容的問題。在5G移動通信網路中，干擾是一個必須解決的問題。網路中的干擾主要有：同頻干擾，共用頻譜資源干擾，不同覆蓋層次間的干擾等。現有通信系統的干擾協調演算法只能解決單個干擾源問題，而在5G網路中，相鄰節點的傳輸損耗一般差別不大，這將導致多個干擾源強度相近，進一步惡化網路性能，使得現有協調演算法難以應對。此外，由於業務和用戶對QoS需求的差異性很大，5G網路需要採用一些列措施來保障系統性能，主要有：不同業務在網路中的實現，各種節點間的協調方案，網路的選擇，以及節能配置方法等。

　　準確有效地感知相鄰節點是實現大規模節點協作的前提條件。在超密集網路中，密集地部署使得小區邊界數量劇增，加之形狀的不規則，導致頻繁複雜的切換。為了滿足移動性需求，勢必出現新的切換演算法；另外，網路動態部署技術也是研究的重點。由於用戶部署的大量節點的開啟和關閉具有突發性和隨機性，使得網路拓撲和干擾具有大範圍動態變化特性；而各小站中較少的服務用戶數也容易導致業務的空間和時間分佈出現劇烈的動態變化。 　　

　　傳統移動通信網路中，主要依靠人工方式完成網路部署及運維，既耗費大量人力資源又增加運行成本，而且網路優化也不理想。在未來5G 網路中，將面臨網路的部署、運營及維護的挑戰，這主要是由於網路存在各種無線接入技術，且網路節點覆蓋能力各不相同，它們之間的關係錯綜複雜。因此，自組織網路(self-organizing network，SON) 的智能化將成為5G網路必不可少的一項關鍵技術。

　　自組織網路技術解決的關鍵問題主要有以下2點：①網路部署階段的自規劃和自配；②網路維護階段的自優化和自愈合。自配置即新增網路節點的配置可實現即插即用，具有低成本、安裝簡易等優點。自優化的目的是減少業務工作量，達到提升網路質量及性能的效果，其方法是通過UE和eNB測量，在本地eNB或網路管理方面進行參數自優化。自愈合指系統能自動檢測問題、定位問題和排除故障，大大減少維護成本並避免對網路質量和用戶體驗的影響。自規劃的目的是動態進行網路規劃並執行，同時滿足系統的容量擴展、業務監測或優化結果等方面的需求。目前，主要有集中式、分散式以及混合式3種自組織網路架構。其中，基於網管系統實現的集中式架構具有控制範圍廣、衝突小等優點，但也存在著運行速度慢、演算法複雜度高等方面的不足；而分散式恰恰相反，主要通過SON分佈在eNB上來實現，效率和響應速度高，網路擴展性較好，對系統依懶性小，缺點是協調困難；混合式結合集中式和分散式2種架構的優點，缺點是設計複雜。SON技術應用於移動通信網路時，其優勢體現在網路效率和維護方面，同時減少了運營商的資本性支出和運營成本投入。由於現有的SON技術都是從各自網路的角度出發，自部署、自配置、自優化和自愈合等操作具有獨立性和封閉性，在多網路之間缺乏協作。因此，研究支持異構網路協作的SON技術具有深遠意義。 　　

　　在未來5G中，面向大規模用戶的音頻、視頻、圖像等業務急劇增長，網路流量的爆炸式增長會極大地影響用戶訪問互聯網的服務質量。如何有效地分發大流量的業務內容，降低用戶獲取信息的時延，成為網路運營商和內容提供商面臨的一大難題。僅僅依靠增加帶寬並不能解決問題，它還受到傳輸中路由阻塞和延遲、網站伺服器的處理能力等因素的影響，這些問題的出現與用戶伺服器之間的距離有密切關係。內容分髮網絡(content distribution network，CDN)會對未來5G網路的容量與用戶訪問具有重要的支撐作用。

　　內容分髮網絡是在傳統網路中添加新的層次，即智能虛擬網路。CDN系統綜合考慮各節點連接狀態、 負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關內容分發至靠近用戶的CDN代理伺服器上， 實現用戶就近獲取所需的信息，使得網路擁塞狀況得以緩解，降低響應時間，提高響應速度。CDN 網路架構在用戶側與源server之間構建多個CDN代理server，可以降低延遲、提高QoS(quality of service)。當用戶對所需內容發送請求時，如果源伺服器之前接收到相同內容的請求， 則該請求被 DNS 重定向到離用戶最近的 CDN 代理伺服器上，由該代理伺服器發送相應內容給用戶。因此，源伺服器只需要將內容發給各個代理伺服器，便於用戶從就近的帶寬充足的代理伺服器上獲取內容，降低網路時延並提高用戶體驗。隨著雲計算、移動互聯網及動態網路內容技術的推進，內容分發技術逐步趨向於專業化、定製化，在內容路由、管理、推送以及安全性方面都面臨新的挑戰。

　　在未來5G網路中，隨著智能移動終端的不斷普及和快速發展的應用服務，用戶對移動數據業務需求量將不斷增長，對業務服務質量的要求也不斷提升。CDN 技術的優勢正是為用戶快速地提供信息服務，同時有助於解決網路擁塞問題。因此，CDN技術成為5G必備的關鍵技術之一。　　

　　在未來5G網路中，網路容量、頻譜效率需要進一步提升，更豐富的通信模式以及更好的終端用戶體驗也是5G的演進方向。設備到設備通信(device-to-device communication，D2D)具有潛在的提升系統性能、增強用戶體驗、減輕基站壓力、提高頻譜利用率的前景。因此，D2D是未來5G網路中的關鍵技術之一。

　　D2D通信是一種基於蜂窩系統的近距離數據直接傳輸技術。D2D會話的數據直接在終端之間進行傳輸，不需要通過基站轉發，而相關的控制信令，如會話的建立、維持、無線資源分配以及計費、鑒權、識別、移動性管理等仍由蜂窩網路負責。蜂窩網路引入D2D通信，可以減輕基站負擔，降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發射功率。當無線通信基礎設施損壞，或者在無線網路的覆蓋盲區，終端可藉助D2D實現端到端通信甚至接入蜂窩網路。在5G網路中，既可以在授權頻段部署D2D通信，也可在非授權頻段部署。 　　

　　M2M(machine to machine，M2M)作為物聯網在現階段最常見的應用形式，在智能電網、安全監測、城市信息化、環境監測等領域實現了商業化應用。3GPP已經針對M2M網路制定了一些標準，並已立項開始研究M2M關鍵技術。根據美國咨詢機構FORRESTER預測估計，到2020年，全球物與物之間的通信將是人與人之間通信的30倍。IDC預測，在未來的2020年，500億台M2M設備將活躍在全球移動網路中。M2M市場蘊藏著巨大的商機。因此，研究M2M技術對5G網路具有非比尋常的意義。

　　M2M的定義主要有廣義和狹義2種。廣義的M2M主要是指機器對機器、人與機器間以及移動網路和機器之間的通信，它涵蓋了所有實現人、機器、系統之間通信的技術；從狹義上說，M2M僅僅指機器與機器之間的通信。智能化、互動式M2M有別於其它應用的典型特征，這一特征下的機器也被賦予了更多的“智慧”。 　　

　　隨著實時音頻、高清視頻等服務的日益激增，基於位置通信的傳統TCP/IP網路無法滿足海量數據流量分發的要求。網路呈現出以信息為中心的發展趨勢。信息中心網路(information-centric network，ICN)的思想最早是1979年由Nelson提出來的，後來被Baccala強化。目前，美國的CCN、DONA和NDN等多個組織對ICN進行了深入研究。作為一種新型網路體繫結構，ICN的目標是取代現有的IP。

　　ICN所指的信息包括實時媒體流、網頁服務、多媒體通信等，而信息中心網路就是這些片段信息的總集合。因此，ICN的主要概念是信息的分發、查找和傳遞，不再是維護目標主機的可連通性。不同於傳統的以主機地址為中心的TCP/IP網路體繫結構，ICN採用的是以信息為中心的網路通信模型，忽略IP地址的作用，甚至只是將其作為一種傳輸標識。全新的網路協議棧能夠實現網路層解析信息名稱、路由緩存信息數據、多播傳遞信息等功能，從而較好地解決電腦網路中存在的擴展性、實時性以及動態性等問題。ICN信息傳遞流程是一種基於發佈訂閱方式的信息傳遞流程。首先，內容提供方向網路發佈自己所擁有的內容，網路中的節點就明白當收到相關內容的請求時如何響應該請求。然後，當第一個訂閱方向網路發送內容請求時，節點將請求轉發到內容發佈方，內容發佈方將相應內容發送給訂閱方，帶有緩存的節點會將經過的內容緩存。其他訂閱方對相同內容發送請求時，鄰近帶緩存的節點直接將相應內容響應給訂閱方。因此，信息中心網路的通信過程就是請求內容的匹配過程。傳統IP網路中，採用的是“推”傳輸模式，即伺服器在整個傳輸過程中占主導地位，忽略了用戶的地位，從而導致用戶端接收過多的垃圾信息。ICN網路正好相反，採用“拉”模式，整個傳輸過程由用戶的實時信息請求觸發，網路則通過信息緩存的方式，實現快速響應用戶。此外，信息安全只與信息自身相關，而與存儲容器無關。針對信息的這種特性，ICN網路採用有別於傳統網路安全機制的基於信息的安全機制。這種機制更加合理可信，且能實現更細的安全策略粒度。和傳統的IP網路相比，ICN具有高效性、高安全性且支持客戶端移動等優勢。目前比較典型的ICN方案有CCN，DONA，NetInf，INS和TRIAD。 　　

　　近年來，智能手機、平板電腦等移動設備的軟硬體水平得到了極大地提高，支持大量的應用和服務，為用戶帶來了很大的方便。在5G時代，全球將會出現500億連接的萬物互聯服務，人們對智能終端的計算能力以及服務質量的要求越來越高。移動雲計算將成為5G網路創新服務的關鍵技術之一。移動雲計算是一種全新的IT資源或信息服務的交付與使用模式，它是在移動互聯網中引入雲計算的產物。移動網路中的移動智能終端以按需、易擴展的方式連接到遠端的服務提供商，獲得所需資源，主要包含基礎設施、平臺、計算存儲能力和應用資源。SaaS軟體服務為用戶提供所需的軟體應用，終端用戶不需要將軟體安裝在本地的伺服器中，只需要通過網路向原始的服務提供者請求自己所需要的功能軟體。PaaS平臺的功能是為用戶提供創建、測試和部署相關應用等服務。PaaS自身不僅擁有很好的市場應用場景，而且能夠推進SaaS。而IaaS基礎設施提供基礎服務和應用平臺。 　

　　隨著網路通信技術和電腦技術的發展，互聯網+、三網融合、雲計算服務等新興產業對互聯網在可擴展性、安全性、可控可管等方面提出了越來越高的要求。SDN(software-defined networking，軟體定義網路)/NFV(network function virtualization，網路功能虛擬化)作為一種新型的網路架構與構建技術，其倡導的控制與數據分離、軟體化、虛擬化思想，為突破現有網路的困境帶來了希望。在歐盟公佈的5G願景中，明確提出將利用SDN/NFV作為基礎技術支撐未來5G網路發展。SDN架構的核心特點是開放性、靈活性和可編程性。主要分為3層:基礎設施層位於網路最底層，包括大量基礎網路設備，該層根據控制層下發的規則處理和轉發數據;中間層為控制層，該層主要負責對數據轉發麵的資源進行編排，控制網路拓撲、收集全局狀態信息等;最上層為應用層，該層包括大量的應用服務，通過開放的北向API對網路資源進行調用。

　　SDN將網路設備的控制平面從設備中分離出來，放到具有網路控制功能的控制器上進行集中控制。控制器掌握所有必需的信息，並通過開放的API被上層應用程式調用。這樣可以消除大量手動配置的過程，簡化管理員對全網的管理，提高業務部署的效率。SDN不會讓網路變得更快，但他會讓整個基礎設施簡化，降低運營成本，提升效率。未來5G網路中需要將控制與轉發分離，進一步優化網路的管理，以SDN驅動整個網路生態系統。 　　

　　目前，無線網路面臨著一系列的挑戰。首先，無線網路中存在大量的異構網路，如：LTE、Wimax、UMTS、WLAN等，異構無線網路並存的現象將持續相當長的一段時間。目前，異構無線網路面臨的主要挑戰是難以互通，資源優化困難，無線資源浪費，這主要是由於現有移動網路採用了垂直架構的設計模式。此外，網路中的一對多模型（即單一網路特性對多種服務），無法針對不同服務的特點提供定製的網路保障，降低了網路服務質量和用戶體驗。因此，在無線網路中引入SDN思想將打破現有無線網路的封閉僵化現象，徹底改變無線網路的困境。

　　軟體定義無線網路保留了SDN的核心思想，即將控制平面從分散式網路設備中解耦，實現邏輯上的網路集中控制，數據轉發規則由集中控制器統一下發。軟體定義無線網路的架構分為3個層面。在軟體定義無線網路中，控制平面可以獲取、更新、預測全網信息，例如：用戶屬性、動態網路需求以及實時網路狀態。因此，控制平面能夠很好地優化和調整資源分配、轉發策略、流表管理等，簡化了網路管理，加快了業務創新的步伐。 　　

　　隨著海量設備的增長，未來的5G網路不僅承載人與人之間的通信，而且還要承載人與物之間以及物與物之間的通信，既可支撐大量終端，又使個性化、定製化的應用成為常態。情境感知技術能夠讓未來5G網路主動、智能、及時地向用戶推送所需的信息。

　　第五代移動通信會滿足高移動性、無縫漫游和無縫覆蓋(實現系統間如HAPS、HDR與ITS間的切換, 可以達到真正的無縫覆蓋)。從原理上講, 實現寬頻高速數據率和高移動性是比較困難的。還有系統性能(如小區的大小、傳輸數據率等)很大部分要都要取決於頻帶。考慮到這些因素, 第五代移動通信系統將會包括很多個不同的系統, 其中將會有專門為提供高速數據率的業務系統, 也會研究出專門解決覆蓋和移動性問題的其他系統。把幾個系統集成在另一個系統內, 就可能同時提供高速數據和移動性業務。作為未來系統之間的無縫漫游乃是一個極為重要的概念。這裡的無縫漫游將兼有高速數據、高速移動性和寬頻固定接續等。

　　5G技術包括幾乎所有以前幾代移動通信的先進功能。用戶可以把5G技術用於手機和其他移動通信設備上網, 就好像筆記本電腦寬頻上網一樣。通過5G技術, 相機拍照、MP3錄音、視頻播放器、手機記憶體、撥號速度、音頻播放器的高質量更好。5G網路中使用的路由器和交換機技術將會提供高連通性。5G技術分髮網絡連接建築物內的節點, 可以部署各種有線或無線網路連接。它將會擁有一個全球統一的標準, 用戶可以同時連接到多個無線接人技術之間, 實現無縫地移動。5G網路將是以用戶為中心的網路。對用戶的服務質量將會成為其考慮的一個重方向, 用戶能同時連接多個無線接入技術並可以在它們之間切換。