5G的應(yīng)用場(chǎng)景
1 加速普及物聯(lián)網(wǎng)
從 4G 開(kāi)始，物聯(lián)網(wǎng)在智能家居行業(yè)已經(jīng)興起，但只是處于初級(jí)階段。未來(lái)數(shù)年，5G的更高速率、更短時(shí)延、更大規(guī)模、更低功耗，將能夠有效滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的特殊應(yīng)用需求，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)新用例，加快物聯(lián)網(wǎng)的落地和普及，如智慧醫(yī)療、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。
2 普及云端化生活
如果 5G 時(shí)代到來(lái)，4K 視頻甚至是 8K 視頻將能夠流暢實(shí)時(shí)播放 ；云技術(shù)將會(huì)更好的被利用，生活、工作、娛樂(lè)將都有“云”的身影；極高的網(wǎng)絡(luò)速率也意味著硬盤(pán)將被云盤(pán)所取締 ；隨時(shí)隨地可以將大文件上傳到云端。由于智能終端和應(yīng)用的普及，使得移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越大，內(nèi)容越來(lái)越多，按需智能推送內(nèi)容，提升用戶(hù)體驗(yàn)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)移動(dòng)智能終端進(jìn)入和構(gòu)成移動(dòng)設(shè)備云。
3 提升智能交互
VR直播、無(wú)人機(jī)陣列、無(wú)人駕駛汽車(chē)、人工智能、遠(yuǎn)程醫(yī)療間的數(shù)據(jù)交換，都需要運(yùn)用到 5G 技術(shù)進(jìn)行龐大的數(shù)據(jù)吞吐量，并具有極短的延遲時(shí)間。城市交通、市民生活、醫(yī)療健康、生活治理將邁入新的時(shí)代。在多平臺(tái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn) 5G 網(wǎng)絡(luò)超高速數(shù)據(jù)傳輸、低延時(shí)用戶(hù)感知，未來(lái)全新多方位的用戶(hù)體驗(yàn)將呈現(xiàn)在使用者面前，例如虛擬導(dǎo)航將通過(guò)超高速數(shù)據(jù)用戶(hù)體驗(yàn)實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)城市街道及大型場(chǎng)景建筑地圖數(shù)據(jù)庫(kù)；移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療的用戶(hù)可以根據(jù) 5G 低延時(shí)、高速特性在沒(méi)有醫(yī)療室高速行駛的列車(chē)上通過(guò)視頻通信獲取遠(yuǎn)端醫(yī)生的協(xié)助，及時(shí)運(yùn)用人工智能手段解決用戶(hù)醫(yī)療難題。
5G的技術(shù)體系
和4G相比，5G的提升是全方位的，按照3GPP的定義，5G既包括大規(guī)模天線(xiàn)，超密集組網(wǎng)，新型多址技術(shù)、全頻譜接入及新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，也包括新型信息中心網(wǎng)絡(luò)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、虛擬化、云存儲(chǔ)等基礎(chǔ)支撐技術(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)，5G的技術(shù)體系分為基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)兩個(gè)層面。
一、基礎(chǔ)技術(shù)
1 新型信息中心網(wǎng)絡(luò)
傳統(tǒng)通信 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)全面海量數(shù)據(jù)的發(fā)布，而以 ICN（信息中心網(wǎng)絡(luò)）為代表的新技術(shù)優(yōu)勢(shì)日益明顯。5G注重利用 ICN、IP 的雙重結(jié)合，針對(duì)擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)移動(dòng)性、數(shù)據(jù)部署等情況設(shè)定實(shí)用型目標(biāo)戰(zhàn)略，與 SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）相互融合，考慮數(shù)據(jù)平面與控制平面的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)情況，并為其提供動(dòng)態(tài)配置環(huán)境。
2 SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))與 NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）
利用數(shù)據(jù)分離、軟件化、虛擬化概念，為 5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支撐，也是歐盟所公布的 5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展審核標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容。SDN 以基礎(chǔ)設(shè)施層（網(wǎng)絡(luò)最底層）、中間層（控制層）、最上層（應(yīng)用層）為主，涵蓋了 API 網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)用內(nèi)容。NFV 是從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的角度出發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系，利用 IT 技術(shù)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能虛擬化，并與所對(duì)應(yīng)的功能塊相銜接，便于統(tǒng)一調(diào)用相關(guān)虛擬資源。
3 5G芯片技術(shù)
在高寬帶收發(fā)系統(tǒng)、可見(jiàn)光通信、調(diào)制解調(diào)器、移動(dòng)終端、大規(guī)模天線(xiàn)、云后臺(tái)服務(wù)等諸多環(huán)節(jié)都需要芯片支撐，而且比4G的性能要求更高、尺寸更小。
4 云后臺(tái)服務(wù)
云服務(wù)安全、可靠并形成中心式云后臺(tái)，利用量子密碼學(xué)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)5G安全的實(shí)現(xiàn)，可以有效的避免不必要的資源浪費(fèi)，并且可以降低物理層面的存儲(chǔ)支出，有效縮減第三方的存儲(chǔ)器代理提供的費(fèi)用。
? 二、應(yīng)用技術(shù)
5G的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)分為覆蓋增強(qiáng)技術(shù)、頻效提升技術(shù)、頻譜擴(kuò)展技術(shù)、能效提升技術(shù)等四個(gè)類(lèi)別。
1 覆蓋增強(qiáng)技術(shù)
在云后臺(tái)技術(shù)的支撐下，覆蓋增強(qiáng)技術(shù)由密集異構(gòu)組網(wǎng)組成。縮小覆蓋半徑，以頻譜資源的空間復(fù)用，提高頻譜效率，從而提高業(yè)務(wù)量。在 5G 的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，利用宏站和低功率小型基站進(jìn)行覆蓋，包括4G、Wi-Fi、LTE 等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)增加站點(diǎn)密度減少節(jié)點(diǎn)間的距離，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離終端更近，令頻譜效率以及系統(tǒng)容量得到大幅度的提升。
2 頻效提升技術(shù)
一是MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)天線(xiàn)技術(shù)。該技術(shù)是在接收端及發(fā)送端使用多個(gè)天線(xiàn)進(jìn)行接收和發(fā)送，大規(guī)模的增加天線(xiàn)數(shù)量，在不增加頻譜資源或總功率耗損的條件下提高信道容量、吞吐量及傳送距離，從而改善通信質(zhì)量。
二是可利用節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展技術(shù)。大規(guī)模 MIMO中基站天線(xiàn)的數(shù)量 陣列沒(méi)有空間時(shí)域限制，并且上行導(dǎo)頻采用的是時(shí)分雙工進(jìn)行的信度估計(jì)，將大大提升頻效。
三是新型傳輸波形。OFDM（正交頻分復(fù)用。一種無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的高速多載波傳輸技術(shù)。）是當(dāng)前 Wi-FI和 LTE 標(biāo)準(zhǔn)中的高速無(wú)線(xiàn)通信的主要傳信模式，與傳統(tǒng)的 FDM 模式相比，頻譜利用率提升接近 1 倍，而且具有抗頻率選擇性衰落，并可充分的利用 FFT/IFFT模塊，實(shí)現(xiàn)容易、易操作。OFDM 仍然是未來(lái) 5G 的關(guān)鍵傳輸波形技術(shù)，但是其性能參數(shù)等有待優(yōu)化提高。
四是非正交多址接入技術(shù)。非正交多址接入技術(shù)（NOMA）把功率域由傳統(tǒng)的單用戶(hù)改為多用戶(hù)共享，并把無(wú)線(xiàn)接入能量提升 50%，非正交多址接入技術(shù)新增功率域，可以滿(mǎn)足每個(gè)用戶(hù)不同的路徑損耗實(shí)現(xiàn)復(fù)用。
五是先進(jìn)調(diào)制編碼技術(shù)。為了將來(lái)在有限的通信資源基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更高層次的吞吐量、高頻譜利用率及高服務(wù)高運(yùn)轉(zhuǎn)速度的無(wú)線(xiàn)傳輸，5G 迫切需要實(shí)現(xiàn)編碼空間調(diào)制，即在傳統(tǒng)的二位映射基礎(chǔ)上延伸至三維映射中去，并以天線(xiàn)實(shí)際的物理位置定位為依據(jù)來(lái)攜帶部分發(fā)送信息，以此提高頻譜效率。
3 頻譜擴(kuò)展技術(shù)
頻譜擴(kuò)展技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，包括認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電、毫米波、可見(jiàn)光通信等技術(shù)。一是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電，是伴隨移動(dòng)通信領(lǐng)域快速發(fā)展的無(wú)線(xiàn)電通信頻譜利用率的新技術(shù)，認(rèn)知功能的無(wú)線(xiàn)通信有效地利用時(shí)間和空間上的空閑頻譜資源來(lái)提供無(wú)線(xiàn)通信務(wù)，全動(dòng)態(tài)利用“頻譜空穴”，并在此資源基礎(chǔ)上利用空間、時(shí)間適時(shí)調(diào)整功率、頻率、調(diào)制及其它動(dòng)態(tài)參數(shù)獲取最佳的頻帶利用效果。二是毫米波，采用毫米波通信能夠很有效的緩解頻譜資源緊張的狀態(tài)也可以提升通信容量。由于 5G的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，毫米波具有波束集中，提高能效 ；方向性好，受干擾影響小 ；波束窄的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力提高通信的可靠性。三是可見(jiàn)光通信，可見(jiàn)光通信具有廣泛性、高速率性、寬頻譜、低成本、高保密性、實(shí)用性等特點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等領(lǐng)域獲得廣泛認(rèn)同新技術(shù)，其應(yīng)用滲透到航空、軍事、地鐵、通信等領(lǐng)域，并在未來(lái) 5G 通信中占有一席之地。
4 能效提升技術(shù)
一是多域協(xié)同無(wú)線(xiàn)資源管理，主要是業(yè)務(wù)域話(huà)音、非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、多媒體及廣播和用戶(hù)域協(xié)同合作利用，并在充分配合碼域、時(shí)域、空域、頻域及能量域的資源域共同完成多域協(xié)同資源的管理；二是多協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)跨層資源的聯(lián)合調(diào)度，在跨網(wǎng)優(yōu)化中實(shí)現(xiàn)協(xié)同通信，促進(jìn)交流、增加合作，跨網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化配置。
表1：5G技術(shù)體系
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