董一萍 冯浩楠 李金艾 李铮 王延泽

【摘 要】5G并不像3G，4G那样仅仅是让大家的手机更快一些。4G是为人服务的，它实现了人与人之间的通信，5G实现了行业之间的通信。因此5G的概念可以说是连接一切。5G之所以如此强大因为它运用了微基站技术、大规模MIMO技术、同时同频双全工技术等技术。5G将应用于VR/AR、智慧城市、工业互联网、无人驾驶、智能家居、智慧医疗、无人机、应急安全等生活的方方面面。

【关键词】5G；概念；技术；应用

一、5G的概念

1、5G是什么

自从工业转为互联网以来，从模拟语音到数字语音，从移动宽带到移动互联网，移动通信以大约每10年一次的速度改变着世界。即将到来的5G，它不仅仅是速度的提升，更重要的是它不再局限于人与人之间，它是一个统一的连接架构，一个统一的设计，一个未来创新的连接平台。它将整合不同的频谱类型和频段，多样化的服务，并通过全面的新技术进行部署。简单地说5G连接了一切。

2、5G的特点

（1）高速

从3G一张图片要加载，到4G看视频会卡，再到现在5G三秒下载一部电影。从数据的角度来看，与4G网络初期实现的100 Mbps峰值速率相比，5G的理论值将达到5Gbps甚至10Gbps，是4G网络的50～100倍。速度上可以说有着质的飞跃。而速度的提升意味着，连接速度和连接效率都有着很大的优化，时间便是金钱，换句话说5G效率的提升也将进一步降低连接所耗费的成本。

（2）泛在网

泛在网可以从字面上来理解，就是到处都有网络的存在。有人就在想现在生活着不也是处处都有Wifi。5G带来的处处都是网络是不一样的，5G是没有人的情况下机器也可以高精度的运转，监控可以看清楚每个人的脸并自动弹出他的信息；早上起来的时候窗帘自己拉开并为你开启你所需的电器；当你进入卫生间的时候他会给你调好水温；会监控你的身体健康。5G以更智能的方式改变社会。

（3）低功耗

我们都知道手机只要一开数据耗电就会非常快，智能机器总比非智能机器耗电快。这就是功耗高的体现。低功耗意味着充电的频率将减少，对于一些自身功率较大的机器这一特点就体现的很明显。低功耗大型连接主要用于智能城市，环境监测，智能农业，森林防火和其他针对传感和数据采集的应用场景。它具有数据包量小，功耗低，成本低，连接量大的特点。

（4）低延时

5G网络连接万物，就需要低时延。就像人的大脑控制着身体，信息通过反射弧传达到效应器，反射弧长反应就慢，造成不良后果。同理我们都希望机器越灵敏越好，对于下达的指令反应越快越好。5G便实现了这样的期望，人可以在远处快速控制着机器。实现多种无人机技术，最典型的就是无人驾驶系统，车祸的发生往往就是那么几秒，低延时的特点让无人驾驶系统得以实现并且更安全可靠。

二、5G运用的技术

1、微基站技术

5G的来临意味入网设备会成指数性质增长，本有的有的基站将不堪重负，传输的线路上也将面临着巨大的挑战。如果在考虑穿透和绕射能力等因素，我们就要更多的基站，但是这样基站之间的相互干扰又成了一个问题。

有一项技术解决了所有问题就是微基站技术。基站微型化则设置密度加大，为避免基站之间的频谱互扰，基站的辐射功率谱就会降低，这使手机的远近效应不再明显，手机开机时的功率控制步骤将简化，而且手机的辐射功率也会降低，在相同能量的情况下待机时间会增加。【2】

2、大规模MIMO

因天线长度影响着波长，高频的5G使得天线的长度变短。手机的天线可达微米级，这样便可设计多天线阵列。多天线阵列以前常用于抗干扰通讯等方面，不同路径干扰不同到达终端整合完成后，提高信噪比来达到抗干扰的效果，而5G 通信技术借助于多天线阵列这一技术模式，提升了通信网络频谱的利用效率，增强了通信技术的使用效率以及质量，并且降低成本。在实际应用环节，技术人员可以着眼于实际，采取针对性的研发手段，通过多天线传输技术方案，来进一步扩大 5G 通信网络的覆盖范围，增强通信技术的效能。

简单的理解大规模MIMO，就是基站和接收端形成多条通信道路，每条通信道路传输一部分信息，最后在统一汇总来提高效率。5G和大规模MIMO 之间是相辅相成的，这两个技术缺少任何一个都实现不了。

3、同时同频全双工

这项技术实现的难度系较高，主要是因为它是通过对收发信号的处理，使得双工通信建立在同时同频的基础上，通过提高带宽的方式可等比例地提高信道容量，是最直接最有效的提速方式，但这是用大量的带究资源换来的。同时同频全双工技术若要实用化，对发射信号的袁减要达到120dB，而现在实验室的记录是90dB，这30dB的差但就是1000倍的衰减最，而且越往后做难度就越大。【4】

它不光有提速的作用还有最原始的抗干扰能力。采用同时同频全双技术，可以使得通信网络在接受同频信号的同時，能够对信号发射机的干扰信号进行消除，增加频谱的运行效率。提升 5G 通信的集中性，使得网络能够对用户提供更为全面、便捷、高效的通信服务，满足不同用户的不同使用需求，增强通信行为的稳定性，排除外部因素的干扰。

三、5G的应用

1、车联网：无人驾驶

目前无人驾驶正在高速发展，目前自动驾驶汽车主要使用激光雷达、毫米波雷达、高清摄像头等设备，不仅价格高而且局限性大，这些复杂的设备在复杂的环境下，感知能力是受限的。比如不能在大雾天判断信号灯的颜色等问题。

这些问题可以用车联网来解决，车联网的好处不仅仅只有这些。陈山枝说：“中国每年拥堵时间达到 12 亿小时 ，车联网通信技术可以让交通运输效率提升30%； 中国每年有约 26 万人死于交通事故 ，使用车联网通信技术可使得事故发生率降低 80%。”【5】而车联网的实现，必须要在5G的前提下。未来的车联网必需要在第一时间实现数据传输，包括车与车之间的协同，车与路之间的同，包括协同决策，这需要加强边缘计算。这些都需要5G高速、低时耗的特点下才能完成。

2、工业互联网

在物联网的场景下，机器通信、大规模通信、关键任务的通信对网络的速度、稳定性、延时等提出了更高的要求，AR、VR、触觉互联网等新的应用迫切需要5G，面对未来人们对移动互联网 AP 的需求和超大流量的事物互连的应用程序数量是巨大的。5G 发展将是物联网的主要推动力，业界认为 5G 是为所有事物的互联而设计的。

【参考文献】

【1】5G时代究竟是什么样？我们提前告诉你 爱活网 [OL].

【2】张弛.5G发展脉络分析[J] .移动通信，2015，39（9）：5-8.

【3】军王景尧，白岩，孟祥娇，等，5G无线通信技术发展跟踪与分析[J].现代电信科技2014（12）：1-4.

【4】鹿鸣.5G时代即将来临，它会给我们带来哪些巨变？[N].2018年11月号总第270期.