5G网络，引领世界，畅游天下

什么是5G？5G能干什么？5G有什么？

第五代移动通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。在未来近10年，我们的生活对5G的依赖会逐步提高，5G的技术也会普及到我们的生活之中，例如：远程医疗、智慧城市。后面我们会详细讲解如何将5G布局在生活之中。最后5G在技术方面有了更深层次的拓展，如：移动通信的发展、技术指标、三大应用场景、新技术以及最后面临的新挑战。

5G发展

5G的慢慢出现，打破了4G的限制，逐渐走向生活中的主导地位。5G是新一代的通信技术，之前市场上主流的4G通信技术是4G LTE，理论速率只有150Mbps（不包括载波聚合），5G的实现是因为再度突破了无线技术的限制，在与4G的对比之中，各方面都有了质的突破。如下图所示：
在这里插入图片描述
注：

	连接数密度:指单位面积内可以支持的在线设备总和
	
	时延:发送端到接收端接收数据之间的间隔
	
	移动性:支持用户终端的最大移动速度
	
	能源效率:每消耗单位能量可以传送的数据量
	
	用户体验速率:单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量。
	
	频谱效率:每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量
	
	峰值速率:用户可以获得的最大业务速率
	
	流量密度:单位面积内的总流量数

波

5G技术离不开对波的研究，先看如下图：
在这里插入图片描述
图片之中的红色字体，是我国通信研究的主要波段，一直以来，我们主要是用中频~超高频进行手机通信的。例如我们经常所说的“GSM900”、“CDMA800”，意思是指工作频段在900MHz的GSM，和工作频段在800MHz的CDMA。目前我国现在主要还是使用超高频的波段。

大家看到这里是否有这种疑问，为什么随着通信技术的发展，使用的电波频率越来越高呢？

这是为啥呢？

主要是因为频率越高，内容越丰富，能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富能实现的传输率就越高。说到这里大家应该不难理解，举个简单的例子，火车想必大家都知道，火车的车厢越多，装载的客人和物品就越多，这里我们就把车厢的多比作成资源的丰富，客人和物品比作成信息，由此可以看出我们使用高频率的无非就是想装载的信息更多更加多样化。

说了那么多，5G的频率究竟有多少呢？

5G的频率分为两种：第一种是6GHz以下，另外一种在24GHz以上。目前，我们所说的5G主要使用28GHz进行试验，说到这里不知道大家有没有一种映像，就是高中所学的一个公式：光速＝波长*频率。

通过以上计算，我们得出了5G的第一个技术点————毫米波。

毫米波以及越高波长的成本分析

是不是有人有了一个想法，频率越高资源越丰富，为什么我们不使用更高的频率呢？

原因非常简单：“用不起”

这里我们需要普及一下电磁波，百度一下电磁波的特点是：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射能力越差）。频率越高，在传播介质中的衰减也越大。

所以移动通信如果想用更高的频段，那么他的最大问题，就是传输距离大幅缩短，覆盖能力减弱。覆盖同一区域需要的5G基站将大大超过4G基站。基站变多了，意味着投资成本的变多，这样就没有意义了。

技术提升

通过以上分析，5G出现的问题显而易见了，但是通过后来的不断研究以及发展，在新技术上又实现了一系列的突破。

第一种：
动态自组织网络(SON)，指可自动协调相邻小区、自动配置和自优化的网络，以减少网络干扰，提升网络运行效率。在传统蜂窝网络架构下，终端必须通过基站和蜂窝网网关才能与目标端进行通信。在这种架构下，终端在获得数据传输服务前必须首先选择一“个服务基站，与服务基站建立并保持连接。在动态自组织网络中，任何接入网节点，都具备数据存储和转发功能，动态自组网中的每个节点，都具备无线信号收发能力，并且每个节点，都可以与上一一个或多个相邻节点进行无线通信，整个自组网呈网状结构。
在动态自组织网络中，任何节点间(终端与终端、终端与基站、基站与基站等)均通过无线通信，无须任何布线，并具有支持分布式网络的冗余机制和重新路由功能。任何新节点(如终端或基站)的添加，只需要简单的接.上电源即可，节点可自动配置，并确定最佳多跳传输路径。

简而言之就是：部署灵活、支持多跳、高可靠性、支持高宽带。

第二种：
软件定义网络（SDN）
SDN的核心思想—转发和控制分离，从而实现网络流量的灵活控制
SDN网络的新角色—控制器
承上:对上层应用提供网络编程的接口
启下:对下提供对实际物理网络网元的管理

简而言之就是：物理上分离控制平面和转发平面、控制器集中管理多台转发设备、服务和程序部署在控制器上

第三种：
网络功能虛拟化（NFV）
NFV的核心思想–I软件和专用硬件解耦，软件与通用硬件联姻。
NFV的核心技术—虚拟化，把通用服务器的CPU、内存、IO等资源切片给多个虚拟机使用。把交换机路由器防火墙的功能作为软件应用运行在虚拟机里来模拟它们的功能。通过openstack来进行管理和编排。
NFV带来的网络革命—网络瘦身(专用硬件向通用硬件的转化)，业务带宽随需而动。

简而言之就是：软硬件解耦，将网络节点阶层的功能进行分割区块、以软件方式实现，不局限于硬件架构、让通用硬件实现网络功能。

5G未来的应用场景

增强型移动互联网业务eMBB（Enhanced Mobile Broadband）：
eMBB即增强移动宽带，具备超大带宽和超高速率，实现用户体验速率100 Mbps、移动性500 Km/h;

海量连接的物联网业务mMTC（Massive Machine Type Communication）：
mMTC即低功耗大连接，支持连接数密度100万/平方公里

超高可靠性与超低时延业务uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication）：
uRLLC即高可靠低时延，支持单向空口时延最低1ms级别;

5G技术面临的挑战

1）5G网络面临的信息安全挑战

涉及到信息传输的话，一个无可避免的问题便是信息安全，对此MACOM Tracy Ma也拥有自身独到的理解。Tracy Ma认为，对于个人而言，现阶段信息传输的安全性并没有那么迫切，但对于银行业、跨国信息传输等方面，信息安全便被摆在一个很重要的位置，尤其是在数据中心信息传输阶段。

关于信息安全性，具体来讲，主要是通过在信息传输过程中对信息逐帧加密，在传输到对方数据中心后再进行解密处理。除了许多数据中心已经对数据安全愈发重视之外，国内的OEM公司也开始把数据安全的权重提升了，如华为等公司已经进入到相关领域中，对数据进行加密处理。

Tracy Ma认为，未来的企业在安全性方面的投入将会越来越多，因为只有在发现问题之后，才会想办法去解决问题。比如亚马逊这样的公司，他们的客户众多，因为不太可能建立自己的专网，这样成本太高，因此也需要与相关运营商进行合作，而在客户数据离开数据中心时，便需要加密来保证这些数据的安全。

2）5G网络面临的高带宽，低成本挑战

除了要满足客户加密的需求外，未来，客户将需要更高的带宽需求。如北美用户对宽带的需求在5年内将达到20~50Mb/s，10年内将达到70Mb/s，针对这些需求。

如今，5G技术即将落地，在针对5G的前传方案上，Tracy Ma表示，“如加入了云计算等新技术，把所有的处理单元从过去的基站中独立出来。这样做有几个好处，在过去数据集中在基站进行处理的话，会对基站设备造成沉重的压力，同时运算能力有限，如果把处理单元独立出来放在数据中心或楼宇处，其计算能力将得到极大的提升，同时其维护的成本也会得到降低。”

Tracy Ma举例称，比如在一个城市的CBD中，白天需要的计算量能够得到满足，但是在晚上该区域使用率则不高，但运营商依然如白天一般使用全功率进行运算力供应，造成一定的浪费，如果把计算单元集中的话，能够进行灵活的调控，把晚上多余的运算力提供给住宅区，进行合理的利用。

这不仅对用户、企业、运营商都有好处。在过去，处理单元放置于基站中时，塔上下的距离最长不过几十米，通过铜缆就能进行连接，但如今独立出来后则需要两公里以上，这需要运用到光通讯的技术。

据Tracy Ma透露，“目前，国内已经有许多运营商都对于大规模的处理单元很感兴趣，比如移动就对100G的技术表露出了自己的想法，但是受限于成本的缘故，尚未采纳。以光模块为例，目前25G光模块的成本为100美元以上，在几年之内，运营商希望成本降到30~50美元左右，而100G成本约为25G的两倍左右。”

同时，元器件的成本与距离有关，距离越长，成本越贵。但是，运营商不可能所有光模块都采用远距离，预计将有超过80%采用两公里，而有10%采用十公里的光模块器件，通过用高价格购买10%远距离的光模块，然后通过谈判来降低量80%两公里光模块价格的方式，从而达到降低建设成本的需求。

总结

总之，5G的时代已经到来，我们要好好了解以及享受5G带给我们的方便并加以反馈，让5G技术更加的成熟。我们无法得知未来的通信技术如何发展，往哪个方向发展，但是我们现在只需牢牢的抓住5G，牢牢的走在技术革新的最前端，才能更好的发展我们的未来。