5G 快速指南

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5G - 簡介

隨著20世紀80年代模擬蜂窩系統啟動，無線電技術經歷了快速且多方向的演變。此後，數字無線通訊系統始終致力於滿足人類日益增長的需求（1G，…4G，或現在的5G）。

因此，本文介紹了5G技術，重點介紹其主要特徵、技術設計（架構）、優勢、缺點、挑戰和未來前景。

5G 的主要特徵

第五代行動網路，簡稱5G，是移動技術的即將到來的革命。其功能和可用性遠遠超出了普通人的預期。憑藉其超高速率，它足以改變手機可用性的含義。

憑藉眾多創新功能，您的智慧手機現在將更接近於筆記型電腦。您可以使用寬頻網際網路連線；其他吸引人的重要功能包括更多遊戲選項、更廣泛的多媒體選項、隨處連線、零延遲、更快的響應時間以及高質量的聲音和高畫質影片，可以在其他手機上傳輸而不會影響音訊和影片質量。

5G - 技術

如果我們回顧一下，就會發現每十年，移動技術領域都會有一代技術進步。從20世紀80年代的第一代（1G）、90年代的第二代（2G）、2000年代的第三代（3G）、2010年代的**第四代（4G）**，到現在的第五代（5G），我們正朝著越來越複雜和智慧的技術發展。

什麼是 5G 技術？

5G技術預計將提供新的（比以前更寬）頻段以及每個頻率通道的更寬頻譜頻寬。目前，前幾代移動技術已經顯示出峰值位元率的顯著提高。那麼——5G與之前的技術（尤其是4G）有何不同？答案是——不僅僅是位元率的提高使5G有別於4G，5G在以下方面也更為先進：

• 峰值位元率大幅提高
• 單位面積更大的資料量（即更高的系統頻譜效率）
• 高容量，允許更多裝置同時即時連線
• 更低的電池功耗
• 無論您身處哪個地理區域，都能獲得更好的連線
• 支援更多裝置
• 更低的基建開發成本
• 更高的通訊可靠性

正如研究人員所說，憑藉其寬範圍的頻寬無線電通道，它能夠支援高達10 Gbps的速度，5GWiFi技術將提供連續且一致的覆蓋——“真正意義上的更廣區域移動性”。

5G - 架構

5G的架構高度先進，其網路元素和各種終端都進行了升級，以適應新的情況。同樣，服務提供商可以輕鬆地實施這項先進技術來採用增值服務。

然而，可升級性是基於認知無線電技術，其中包括各種重要功能，例如裝置識別其地理位置以及天氣、溫度等的能力。認知無線電技術充當收發器（波束），能夠感知並響應其操作環境中的無線電訊號。此外，它能夠迅速識別其環境的變化，並據此做出相應反應，以提供不間斷的優質服務。

5G 架構

如下圖所示，5G的系統模型是一個完全基於IP的模型，專為無線和行動網路設計。

該系統由一個主使用者終端以及許多獨立且自主的無線接入技術組成。每種無線電技術都被視為外部網際網路世界的IP鏈路。IP技術專為確保足夠的控制資料而設計，以便對與特定應用程式連線（即客戶端應用程式和網際網路上的某個伺服器之間的會話）相關的IP資料包進行適當的路由。此外，為了使資料包路由可訪問，應根據使用者的給定策略進行固定（如下圖所示）。

主核心技術

如圖5所示，5G MasterCore是其他技術的匯聚點，這些技術對其現有的無線網路有其自身的影響。有趣的是，其設計使MasterCore能夠並行多模式執行，包括所有IP網路模式和5G網路模式。在此模式下（如下圖所示），它控制RAN和不同的接入網路（DAT）的所有網路技術。由於該技術相容並管理所有新的（基於5G的）部署，因此它更高效、更簡單且更強大。

令人驚訝的是，在5G新部署模式下，任何服務模式都可以作為世界組合服務模式（WCSM）開啟。WCSM是這項技術的一個奇妙功能；例如，如果一位教授在一個國家的黑板上書寫——除了對話和影片外，它還可以顯示在世界任何其他地方的另一個黑板上。此外，可以透過並行多模式服務輕鬆新增新服務。

5G - 所需時間

通常，預計5G技術的開發和實施所需時間從現在起還需要五年左右（到2020年）。但要讓發展中國家的普通民眾能夠使用，可能需要更長的時間。

圖1——顯示所有先前幾代技術的Timeline。

預期時長

考慮到多種效用和各種時尚的主要功能，研究人員預計這項技術將一直使用到2040年代。

5G - 應用

5G技術具有許多獨特的功能，其適用性對各種用途的人們都有用（如mweb影像所示）。

5G 的應用

一些重要的應用包括：

• 它將制定所有人的統一全球標準。

• 網路將無處不在，並使人們能夠隨時隨地使用他們的計算機和此類移動裝置。

• 由於IPv6技術，移動IP地址的訪問護理將根據連線的網路和地理位置分配。

• 它的應用將使世界成為真正的Wi-Fi區域。

• 其認知無線電技術將促使不同版本的無線電技術有效地共享相同的頻譜。

• 它的應用將使人們能夠在更高海拔處獲得無線電訊號。

5G - 進展

5G的應用非常類似於夢想的實現。與之前的技術相比，它集成了超前的先進功能。

高階功能

與之前的無線電技術相比，5G具有以下進步：

• 實際上可以獲得超高速，即1到10 Gbps。
• 延遲將為1毫秒（端到端往返時間）。
• 單位面積頻寬提高1000倍。
• 連線10到100個裝置的可行性。
• 全球覆蓋。
• 網路能耗降低約90%。
• 電池續航時間將長得多。
• 全世界都將處於wi-fi區域。

5G - 優勢與劣勢

第五代技術提供了廣泛的功能，對所有人群都有益，包括學生、專業人士（醫生、工程師、教師、政府機構、行政機構等），甚至普通民眾。

重要優勢

5G技術有幾個優勢，上面愛立信的圖片顯示了一些優勢，下面描述了許多其他優勢：

• 高解析度和雙向大頻寬整形。

• 將所有網路整合到一個平臺上的技術。

• 更有效率。

• 為快速行動提供使用者監控工具的技術。

• 很可能將提供巨大的廣播資料（以千兆位元為單位），這將支援超過60,000個連線。

• 易於與前幾代技術管理。

• 技術可靠，支援異構服務（包括專用網路）。

• 有可能在世界各地提供統一、不間斷和一致的連線。

5G技術的缺點

儘管5G技術的研究和概念化是為了解決移動世界中所有無線電訊號問題和困難，但由於一些安全原因以及大多數地理區域技術進步的不足，它存在以下缺點：

• 這項技術仍在研發中，對其可行性的研究仍在進行中。

• 這項技術所宣稱的速度似乎難以實現（將來可能會實現），因為世界大多數地區的技術支援不足。

• 許多舊裝置將不相容5G，因此所有裝置都需要更換為新的裝置——這筆費用很高。

• 發展基礎設施需要高成本。

• 安全和隱私問題尚未解決。

5G - 挑戰

挑戰是新發展中固有的部分；因此，與所有技術一樣，5G也面臨著巨大的挑戰。正如我們看到的過去，即無線電技術的開發，我們發現增長非常迅速。從1G到5G，這段旅程僅僅大約40年（考慮到1980年代的1G和2020年代的5G）。然而，在這段旅程中，我們觀察到的共同挑戰是基礎設施不足、研究方法和成本。

仍然有幾十個國家使用2G和3G技術，甚至不知道4G，在這種情況下，每個人心中最重要的問題是：

• 5G的可行性有多高？

• 它將成為一些發達國家還是發展中國家也能從中受益的技術？

為了理解這些問題，5G的挑戰分為以下兩個標題：

• 技術挑戰
• 共同挑戰

技術挑戰

• 小區間干擾——這是需要解決的主要技術問題之一。傳統宏小區和併發小小區的大小差異將導致干擾。

• 高效的介質訪問控制——在需要密集部署接入點和使用者終端的情況下，使用者吞吐量將降低，延遲將提高，熱點將無法勝任蜂窩技術以提供高吞吐量。需要對其進行適當的研究以最佳化技術。

• 流量管理——與蜂窩網路中傳統的人對人流量相比，蜂窩中大量機器對機器（M2M）裝置可能會導致嚴重的系統挑戰，即無線接入網路（RAN）挑戰，這將導致過載和擁塞。

共同挑戰

• 多項服務 − 與其他無線電訊號服務不同，5G 將面臨一項巨大的挑戰，即為在不同地理區域執行的異構網路、技術和裝置提供服務。因此，挑戰在於標準化，以提供動態的、通用的、以使用者為中心且資料豐富的無線服務，以滿足人們的高期望。

• 基礎設施 − 研究人員正面臨著5G服務的標準化和應用的技術挑戰。

• 通訊、導航和感測 − 這些服務很大程度上取決於無線電頻譜的可用性，訊號透過其傳輸。雖然5G技術具有強大的計算能力來處理來自不同來源的大量資料，但它需要更大的基礎設施支援。

• 安全和隱私 − 這是5G需要確保保護個人資料的最重要挑戰之一。5G必須定義與安全威脅相關的不確定性，包括信任、隱私、網路安全等全球範圍內日益增長的威脅。

• 網路法律法規 − 網路犯罪和其他欺詐行為也可能隨著高速且無處不在的5G技術的普及而增加。因此，網路法律法規也是一個當務之急，其性質在很大程度上是政府和政治性的（國家和國際問題）。

5G - 未來前景

全世界各地的技術專家、研究人員、學者、供應商、運營商和政府正在就5G的創新、實施、可行性和安全問題進行大量研究和討論。

正如所提議的那樣，5G 擁有從超高速網際網路服務到流暢的無處不在的服務等多種先進功能，它將解決許多問題。然而，問題是——在先前技術（4G和3G）仍在開發中，許多地區尚未啟動的情況下，5G的未來將會怎樣？

第五代技術旨在提供令人難以置信且卓越的資料能力、不受限制的通話量以及最新的移動作業系統內的海量資料廣播。因此，它是一種更智慧的技術，將無限制地連線整個世界。同樣，我們的世界將獲得普遍且不間斷的資訊、通訊和娛樂訪問，這將為我們的生活開啟一個新的維度，並將有意義地改變我們的生活方式。

此外，政府和監管機構可以利用這項技術作為善政的機會，並創造更健康的環境，這無疑將鼓勵對下一代技術5G的持續投資。