4g全网通信技术课程（川杨学堂-第五代蜂窝移动通信网络）

前言：5G已经成为全民热议最多的话题了，无论是政府、企业还是老百姓，都在时刻关注着5G的发展，“高带宽、下载快、大数据、万物互联”，大家都知道5G离我们越来越近了，但是到底有多近呢？今天我们一起来学习第五代蜂窝移动通信网络。

知识归纳卡

名 称：第五代蜂窝移动通信网络

章 节：1L411045

历年真题次数：1次

重要度：★★★★★

老杨宝典图片

历年真题

【2019真题】6.下列关于5G技术，说法错误的是（ ）。

A.流量密度在10Tbs/km²

B.设备密度达到600万个/km²

C.支持移动速度达到500km/h

D.用户体验速率为Gbps量级

(点击空白处查看答案)

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【正确答案】A。

【老杨解析】P49。5G系统的能力指标包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率、移动性等关键技术指标和频谱效率、能效、成本效率等性能指标。具体情况如下: 设备密集度达到600万个/km²;流量密度在20Tbs/km²以上; 移动性达到500km/h，实现高铁运行环境的良好用户体验; 用户体验速率为Gbps量级，传输速率在4G的基础上提高10-100倍; 端到端时延降低到4G的1/10或1/5,达到毫秒级水平;实现百倍能效增加、十倍频谱效率增加、百倍成本效率增加。

第五代蜂窝移动通信网络

5G网络即第五代移动通信网络（5th generation mobile networks），是最新一代蜂窝移动通信技术。其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。其主要优势在于，数据传输速率远高于以前的蜂窝网络，最高可达10 GBit/s，比4G快100倍。

15G的业务需求

5G面向的业务形态已经发生了巨大的变化:传统的语音、短信业务逐步被移动互联网业务取代;云计算的发展，使得业务的核心放在云端，终端和网络之间主要传送控制信息;机器与机器通信(M2M)和物联网(IOT)带来的海量数据连接，超低时延业务，超高清、虚拟现实业务等，这些都是现有4G技术无法满足的，期待5G来解决。

1、云业务的需求

云计算已经成为一种基础的信息架构，不同于传统的业务模式，云计算业务部署在云端，终端和云端之间大量采用信令交互，信令的时延、海量的信令数据等。

2、虚拟现实的需求

虚拟现实(VR)是利用计算机模拟合成三维视觉、听觉、嗅觉等感觉的技术，产生一个三维空间的虚拟世界，相应的视频分辨率要达到人眼的分辨率，要求网络速度必须达到300Mbps以上，端到端时延小于5ms，移动小区吞吐量大于10Gbps。

3、高清视频的需求

现在高清视频已经成为人们的基本需求，4K视频将成为5G的标配业务。要保证用户在任何地方可以欣赏到高清视频就要保证移动用户随时随地获得超高速的、端到端的通信速率。

4、物联网的需求

M2M/IOT带来的海量数据连接，要求5G具备充足的支撑能力。M2M业务定位于高可靠、低时延，例如远程医疗、自动驾驶等远程精确控制类应用的成功关键，要求网络时延缩短到1ms。

25G的技术需求

一般来说，5G的技术包含七个方面的指标，分别是峰值速率、时延、同时连接数、移动性、小区频谱效率、小区边缘吞吐量、Bit成本效率。

1.峰值速率比4G提升20-50倍，达到20-50Gbps。

2.要保证用户在任何地方都具备1Gbps的用户体验速率。

3.5G的时延缩减到4G时延的1110，即端到端时延减少到5ms，空口时延减少到lms。

4.相比于4G，5G需要提升10倍以上的同时连接数，最终到达同时支持包括M2M/IoT在内的120亿个连接的能力。

5.相比于4G，5G需要提升到50倍以上的Bit成本效率，每Bit成本大大降低，从而促使网络的CAPEX和OPEX下降。

3中国的5G

中国于2013年成立IMT-2020(5G)推进组，开展5G策略、需求、技术、频谱、标准、知识产权等研究及国际合作，并取得了阶段性进展。2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电等4家企业颁发5G商用牌照，中国正式进入“5G商用元年”。

(一)关键指标

5G系统的能力指标包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率、移动性等关键技术指标和频谱效率、能效、成本效率等性能指标。

(二)主要场景

5G的主要技术场景有四个:连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠。

连续广域覆盖场景面向大范围覆盖及移动环境下用户的基本业务需求;热点高容量场景主要面向热点区域的超高速率、超高流量密度的业务需求;低功耗大连接场景面向低成本、低功耗、海量连接的M2M/loT业务需求;低时延高可靠场景主要满足车联网、工业控制等对时延和可靠性要求高的业务需求。

(三)核心技术

在核心技术方面，5G不再以单一的多址技术作为主要技术特征，而是由一组关键技术来共同定义，包括大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型多址技术以及新型网络架构。

大规模天线是最受关注的5G关键技术之一。天线数目的显著增加，使大规模天线具备显著的性能增益，同时也使大规模天线的部署面临巨大挑战。

什么是多址接入？

打个形象的比喻，“多”指的多个人，“址”指的是地址，多个人需要收发快递到指定的地址。快递小哥可以通过公路、航空、海运等不同的方式，进行物流运送。在无线通信里，多个人在同时通话，以不同的移动信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。

多址接入是移动通信的核心技术，从1G到4G，我们经历了FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）、CDMA（码分多址）和OFDM（正交频分复用），这些多址接入方案都采用正交设计，来避免多用户之间互相干扰。移动通信领域一直致力于通过无线电波的正交性来提升频谱效率，我们已经采用了频分、时分、空分、码分等各种正交办法，当正交空间耗尽时，5G采用了新技术“非正交多址”。

非正交多址技术（NOMA）的基本思想是在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）接收机实现正确解调。虽然，采用SIC技术的接收机复杂度有一定的提高，但是可以很好地提高频谱效率。用提高接收机的复杂度来换取频谱效率，这就是NOMA技术的本质。

移动互联网和物联网的高速发展，驱动未来5G网络提供更高流量、服务更多终端并支持更多的连接。预计2020年全球移动数据流量增长将超过10年前的200倍，热点地区数据数量增长将达1000倍。UDK（Ultra Dense Netword超密集组网）通过犹如毛细血管般密集的无线网络部署，在局域热点区域实现百倍量级的系统容量提升，将是满足2020年以及未来移动数据流量需求的主要技术手段之一。

频谱是移动通信中不可再生的宝贵资源，频谱对于移动通信就好比空气对于人类一样不可或缺，随着移动业务需求的爆发式增长，频谱的需求正呈指数型增长。当前国际上2G/3G/4G移动通信普遍使用6GHz以下中低频段。5G时代，随着对大带宽的迫切需求，基于6GHz以上频段的高频通信技术浮出水面。

(四)空口技术

空口技术是一个形象化的术语，是空中接口的俗称。是相对于有线通信中的“线路接口”概念而言的。有线通信中“线路接口”定义了物理尺寸和一系列的电信号或者光信号规范；无线通信技术当中，“空中接口”定义了终端设备与网络设备之间的电波链接的技术规范，使无线通信像有线通信一样可靠。

5G将沿着5G新空口(含低频和高频)及4G演进两条技术路线发展，其中5G新空口是主要的演进方向，4G空口演进是有效补充。

5G新空口将采用新型多址、大规模天线、新波形(FBMC，SCMA、PDMA、MUSA)、超密集组网和全频谱接入等核心技术，在帧结构、信令流程、双工方式上进行改进，形成面向连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠等场景的空口技术方案。

(五)新网络架构

5G网络架构需要满足不同部署场景的要求、具有增强的分布式移动性管理能力、保证稳定的用户体验速率和毫秒级的网络传输时延能力、支持动态灵活的连接和路由机制以及具备更高的服务质量和可靠性。5G网络架构将引人全新的网络技术，SDN（软件定义网络）、NFV（网络功能虚拟化）将成为5G网络的重要特征。

45G产业链

什么是产业链？从原材料到器件，再到产品，从小产品到大产品，最终到系统产品、解决方案和配套服务，提供给用户。这一系列链条所涉及的企事业单位和个人，都是产业链的组成部分。

5G产业链包括：终端、基站系统、网络架构、应用场景。5G产业链的结果，就是广大用户所享受的5G网络服务。

老杨给予学习建议

5G是什么？只是比4G多出1G？只是下载更快吗？

不！5G要打造未来的物联网，遍及世界每个角落。当前4G通信时代人与物的通信需求很少，我们可穿戴智能设备-健康手表，目前只是简单报数水平，告诉我们心跳、步行数、消耗脂肪值。随着5G时代，智能穿截设备智能化提升，可以获得数据上传“智慧医疗”云端分析并对我们进行健康诊断，告诉我们此时心率与以往3个月心率数据相比分析，现处于“亚健康”状况，提醒关注近期注意饮食习惯和健康运动，并建议关掉“**外卖”等APP应用，开启“keep”运动通知，如果持续低于警戒阀值启动告警甚至自动呼叫120紧急救援。

“没有人能够左右变化，唯有走在变化之前。”移动互联网时代最主要的关键词是“改变”，我们都是走向未来的通信人，希望大家认真学好5G网络知识，主动探索未来的世界，成就美好的人生！

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