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5G移动通信技术是目前通信技术中的前沿科技,也是现在通信领域研究的重点方向,将带来发展和应用的爆发式增长
近一年来,5G成为通信科技界的常用关键词.作为2020年以后顺应移动通信需求而发展起来的新一代移动通信系统,5G已经成为国内外移动通信领域的研究热点.近日,广东移动在国内率先于广州大学城开通5G基站,并进行了5G外场测试.随后,广东联通联合厂商在深圳开通5G基站,也进行了外场测试.而在结束不久的2017世界移动大会上海展上,5G建设成为主题之一,众多企业纷纷发布自己的战略,展示阶段性研发成果.
什么是5G
从信息通信技术发展和演进的轨迹分析,5G指的是第五代移动通信技术,是面向2020年之后的新一代移动通信系统,是2G、3G、4G数据技术进步的结果.
从1G到2G,移动通信技术完成了从模拟到数字的转变,在语音业务基础上,扩展支持低速数据业务.从2G到3G,数据传输能力得到显著提升,峰值速率可达2Mbps以上,支持视频电话等移动多媒体业务.4G的传输能力比3G又提升了一个数量级,峰值速率可达100Mbps-1Gbps.相对于4G技术,5G将以一种全新的网络架构,提供峰值10Gbps以上的带宽,用户体验速率可稳定在1Gbps-2Gbps.5G网络拥有更强的性能,支持超高速率、超低时延、超大连接的应用场景.
5G究竟神在哪
和4G相比,5G到底有多快?中国信息通信研究院日前发布的《5G经济社会影响白皮书》（以下简称《白皮书》）指出,5G网络将达到至少10倍于4G的峰值速率.不过,高速仅仅是5G天赋的冰山一角.《白皮书》指出,5G还具备毫秒级低时延和热点容量高两个“杀手级”特性.
1. 毫秒级低时延.这意味着不仅数据传输的上行、下行会更快,等待数据传输开始的响应时间也会大幅缩短.比如,当用户在手机上观看4K视频时,卡顿也会明显减少.
2. 热点容量高.这将解决当前严重缺乏带宽的难题.如今,3G和4G网络上的无线频率人满为患,而5G容量高的特性让生活在人员密集、流量需求大的区域用户,也能享受到高速网络.
3.开启新频带资源.在此之前,毫米波只应用在卫星和雷达系统上,但现在已经有运营商开始使用毫米波在基站之间做测试.5G网络基站是大量小型基站,功耗比现在大型基站低,基站的天线规模也会大增,形成阵列,提升移动网络容量,发送更多信息.
4. 频谱利用率高.在目前的科技水平条件下,高频段无线电波利用率较低,穿透能力差,使用上有不少限制,而未来对频谱的利用率提升,和光载无线组网、有线和无线宽带技术的融合,能够给5G通信技术带来广泛的应用前景.
5. 连续广域覆盖.这指的是能在偏远山区、地下车库、高速移动状态下,以保证用户的移动性和业务连续性为目标,为用户提供高速业务体验.换言之,就是信号覆盖范围更广,网速更快,而且在目前4G网络表现不是特别好的地下车库或者高铁等快速移动的场景能有比较流畅的体验.
6. 低功耗大连接.5G能够提供具备超千亿网络连接的支持能力,满足100万/平方千米连接数密度指标要求.这项功能主要面对面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,对于提升城市管理能力、政府公共服务、森林防火,以及更好地打击犯罪维护社会秩序都有很大的积极意义.
如此多的特性,决定5G并非等于4G+1G.5G让智能的万物能够互联,实现了大规模机器间的相互通信.英特尔公司预计,到2020年,5G将会连接500亿台智能设备和77亿人.
5G技术的发展和应用趋势
和此前3G、4G发展时相对封闭、各自为政的情况不同,在5G的建设上,包括传统运营商、系统设备商在内的相关企业越来越强调合作共建产业生态圈,而其背后,看重的正是新一代技术对社会变化的巨大推动力,对产业转型升级的促进.
1.媒体类业务应用.在5G环境下,视频类业务在移动性、用户体验、性能提升等方面将有新的发展.
（1）大视频业务.4K超清业务需要50Mbit/s的稳定带宽,平均40Mbit/s的4G网络已无法满足.5G技术的应用将带来移动视频点播、直播、视频通话、视频会议和视频监控领域的飞速发展和用户体验质的飞跃.
（2）虚拟现实（VR）业务.虚拟现实技术为用户提供关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让用户如同身临其境一般.近年来,虚拟现实技术已成功应用于游戏、影视、直播、教育、工业仿真、医疗等领域.
主流虚拟现实设备分为连PC式头盔和插手机式头盔两类,连PC式头盔是目前的主流方向,主机完成运算和图像渲染,通过HDM1线缆进行数据传输.主要面向具有深度游戏体验需求的中高端用户.5G较高的数据传输速率,低时延和较大的通信容量,将使用户摆脱线缆的约束,尽情地享受虚拟现实游戏带来的快乐.
插手机式头盔定位为入门级虚拟现实产品,该种类型设备均价普遍较低,比较适合具有观影和轻度游戏需求的用户,是未来几年市场普及的主流设备.智能手机感知用户头部位姿信息,负责高质量视频渲染,功耗大,很难长时间使用,同时受制于智能手机的计算能力较弱,视频质量不高,有很强的顆粒感且有一定的时延,体验不佳.5G环境下,该类型的应用采用云端配合的架构,头盔仅负责获取用户头部位姿信息和显示视频,计算能力要求较高的视频渲染放在云端进行,通过无线网络将渲染好的视频帧传输给头盔进行显示,用户可获得长时间的高质量视频观影体验.
（3）增强现实（AR）业务.增强现实技术是在虚拟现实基础上发展起来的一项技术,借助计算机图形技术和可视化技术将虚拟对象准确叠加在物理世界中,呈现给用户感知效果更丰富的新环境.通信技术的发展,移动智能终端处理能力的变强,移动传感器设备的性能提升为在智能终端上增强现实业务的普及提供了基础,为分层次打造个性化的信息服务提供了必要的支撑条件,也极大地促进移动互联网在教育、游戏、购物、社交网络、商业统计、旅游等业务的创新.
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参考文献：
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