5G技术及对未来生活的影响
随着国民经济和社会发展的信息化,人们要通信息化开创新的工作方式、管理方式、商贸方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、医疗保健方式以及消费与生活方式。随着数据通信与多媒体业务需求的发展,适应大数据、物联网、云计算及人工智能运作需要的第五代移动通信已经兴起。无线通信的发展历程:
第一代无线通信系统简介
采用频分多址(Frequency Division Multiple Access)技术组建的模拟蜂窝网也被称为第一代(First Generation,下称1G)无线通信系统。这些系统中,话务是主要的通信方式。由于采用模拟调制,这些系统容易被第三方窃听。1G的主要蜂窝系统包括AMPS、NMT、Hicap、CDPD、Mobitex、DataTac、TACS和ETACS。所有1G系统都有两类逻辑信道:业务信道和控制信道。业务信道传输模拟FM电话,同时还传输必要的模拟信令。控制信道分为下行的寻呼信道和上行的接入信道,均传输数字信令。频分多址接入技术FDMA技术是1G系统广泛采用的多址接入技术,每个用户被分配了一个独一无二的频带或信道。这些信道按需分配,且不能被其他用户共享。
第二代无线通信系统简介
从2G开始,无线通信步入了纯数字时代。2G的另一个显著特点是,所有的标准都以商业利益为宗旨。目前,世界上大多数运营中的无线通信系统都是2G系统,其中60%的市场被欧洲标准占据。2G标准包括GSM、iDEN、USDC(D-AMPS)、IS-95、PDC、CSD、PHS、GPRS、HSCSD和WiDEN。第一代AMPS系统并不能满足当今大城市的通信容量需求。
时分多址接入技术
TDMA是2G系统中的几个应用最广泛的系统,包括USDC和GSM,所采用的多址接入技术。
2.5G和2.75G无线通信系统简介
2.5G或2.75G系统是指在2G系统的基础上,提供GPRS或EDGE业务的系统。将现有GSM网络改造为能提供GPRS业务的网络需要增加两个主要单元:SGSN(GPRS服务支持节点)和GGSN(GPRS网关支持节点)。
第三代无线通信系统
为了满足不断增长的网络容量需求,数据速率亟待提高到能提供高速数据传输和多媒体应用的水平上来,于是3G标准出现了。3G系统基本上是2G的线性扩展,它们基于两种不同的骨干架构,一种基于电路交换,另一种则基于包交换。
码分多址接入技术
码分多址(Code Division Multiple Access)技术实际上是扩频多址(Spread Spectrum Multiple Access)的一种,广泛应用于3G系统中。不过,美国的IS-95这个2G系统中就已经率先采用了CDMA。
第四代无线通信系统简介
采用了正交频分复用技术和多天线等新技术的系统则被称为后3G(Post 3G)、超3G(Beyond 3G或Super 3G),或4G系统。这类系统中的典型是基于UMTS的HSOPA(High Speed OFDM Packet Access),它是由3GPP的LTE(Long Term Evolution)提供的升级方案。
4G系统将采用OFDM,相比3G系统,4G系统的优势是明显的。以HSOPA为例,它支持从1.25MHz到20MHz的灵活带宽范围,而W-CDMA要求5MHz的强制信道间隔。其传输速度的峰值可以达到100Mbps下行、50Mbps上行。其网络延迟也将大大减少。
5G的关键能力和关键技术
(1)5G的关键能力
5G需要具备比4G更高的性能,支持0.1~1Gbps的用户体验速率,每平方公里一百万的连接数密度,毫秒级的端到端时延,每平方公里数10Tbps的流量密度,每小时500Km以上的移动性和数10Gbps的峰值速率。其中,用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时,5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率,相比4G,频谱效率提升5~15倍,能效和成本效率提升百倍以上。
性能需求和效率需求共同定义了5G的关键能力,犹如一株绽放的鲜花。红花绿叶,相辅相成,花瓣代表了5G的六大性能指标,体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力,其中花瓣顶点代表了相应指标的最大值;绿叶代表了三个效率指标,是实现5G可持续发展的基本保障。
(2)5G的关键技术
面对多样化场景的极端差异化性能需求,5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案,5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。
在无线技术领域,大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点;在网络技术领域,基于软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)的新型网络架构已取得广泛共识。
此外,基于滤波的正交频分复用(F-OFDM)、滤波器组多载波(FBMC)、全双工、灵活双工、终端直通(D2D)、多元低密度奇偶检验(Q-ary LDPC)码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的潜在无线关键技术。
5G对人们未来生活的影响
国内运营商(中国移动)5G网络建设情况
中国移动目前已经建成全球最大的4G网络,4G基站超过了200万个,覆盖人口超过13亿。作为5G先行者,早在2012年,中国移动就启动了5G研发工作,围绕5G需求定义、核心技术研发、国际标准制定、产业推进等各个环节全周期主导,全面引领5G发展主航道。进入5G商用元年以来,中国移动全力推动“5G+”计划实施,快速部署5G网络建设,加快推动5G融入百业服务大众,持续引领推动5G标准和技术研发。截至目前,中国移动在全国超过50个重点城市建成5G基站4万多个,在全国300多个城市开展5G网络建设。2020年,中国移动将进一步扩大网络覆盖范围,在全国所有地级以上城市提供5G商用服务,并加快推动5G终端普及,为广大客户提供更加美好的数字化生产生活。
5G带给我们最直接的就是体验到的上网速度会得到大幅度提升,在5G时代,“人”与“人”,“人”与“物”,“物”与“物”将会共存在一个有机的数字生态系统当中,数据和信息传递的速度加快。由于频段进一步提升,5G基站的数量将会大幅度增加,为经济社会数字化智能化搭建了一个非常好的平台。我们将会充分发挥5G的优势,将其融入到日程生活当中。
1、VR/AR时代即将到来
日常生活中应用VR/AR终于来到了我们身边,伴随数据传输速度提升,计算能力增强,实时渲染质量提升,一系列与VR结合的产业将会得到高速发展,比如戴着VR眼镜玩游戏,利用VR/AR技术改善教育质量,我们可以在课堂上利用这些技术让平面的知识变得立体起来,看得见,甚至摸得着,这些都将是可以预见的未来。
2、超高清视频
超高清视频的典型特征就是数据量大、速度快,现在已经出现了分辨率为4K甚至是8K的视频,这些视频传输速率在4G时代是远远无法得到满足的,我们仍然觉得利用现有的网络看高清视频的时候有过卡成ppt的情况,但是5G就解决了这个问题,未来,直播、实时监控、远程互动展示、远程医疗等等应用场景将摆脱网速的束缚,让大家尽享丝滑体验。
3、车联网
最近自动驾驶发展迅速,也得到了广大吃瓜群众的持续关注,利用5G,人-车-路-云将会形成完整的网络,无人驾驶车队能够从容应对突发情况,各个环节都能保持数据的畅通无阻,可靠性、安全性会伴随低延时逐步上升,也许哪天你就会看到街上的快递车竟然是无人驾驶的,快递员也是个无人机!无人车!
4、联网无人机
5G联网无人机让无人机群协同合作、7天24小时不间断工作变成了可能,地理测绘、环境监测、交通巡查,哪里能少的了无人机的身影,还可以利用无人机进行现场直播,娱乐行业和个人对无人机的应用也会获得巨大的发展空间。
5G将会改变我们生活的地方远远不止这些,5G时代已经到来,未来究竟会变成什么样子,还需要我们共同见证。