1.3 5G技术

1.3.1 5G技术的起源与发展

自19世纪末20世纪初意大利发明家马可尼发明无线电报起，无线电技术到现在已经经历了一百多年的发展。20世纪80年代出现了第一代移动通信技术，采用模拟方式发送语音信号，之后的移动通信技术大概每10年更新一代，到2020年，全球正式进入了5G时代。

5G是指第五代移动通信系统。在4G时代，移动互联网的发展深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能的移动通信的追求从未止步，5G技术将会渗透到未来社会的各个领域，并且以用户为中心构建全方位的信息生态系统。

2015年9月，ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）明确了5G的愿景和应用场景，并提出了5G的关键能力指标。根据ITU的愿景白皮书，5G包含如下三类典型的应用场景，如图1-3所示。

1）eMBB（enhanced Mobile Broadband，增强移动宽带），这是4G移动宽带服务的进一步演进，主要服务于消费互联网，支持更大的网络带宽和更高的速率，进而支撑更大的数据流量和更好的用户体验。

2）URLLC（Ultra-Reliable Low-Latency Communication，超高可靠性超低时延通信），是指具有超低时延和超高可靠性的通信，对吞吐率、延迟时间和可靠性等性能的要求十分严格。应用场景有工业制造、远程手术、智能电网以及运输安全等。

3）mMTC（Massive Machine-Type Communication，海量物联网通信），指的是支持海量终端的服务，该场景最大的特点是连接设备数量庞大，这些设备通常传输相对少量的非延迟敏感数据。其设备成本需求降低，电池续航时间需求大幅延长，主要应用在物联网领域。

与此同时，ITU从8个方面定义了5G的关键能力指标，这些能力指标在4G的基础上均实现了大幅的提升。利用业界熟悉的“蜘蛛网模型”，图1-4所示为这些关键指标在5G和4G中的对比。

除了图1-4中所示的8个关键指标之外，考虑到5G不同应用场景下的灵活性、可靠性和安全性，ITU同时提出了如下5个性能指标：

1）频谱和带宽灵活性：不同应用场景下系统设计的灵活性，特别是指在不同频率范围运行的能力，其中包括更高的频率和更宽的信道带宽。

2）可靠性：提供特定具有高可用性的服务的能力。

3）恢复能力：网络在自然或人为干扰（如主电源断电）发生时或发生后仍能够继续正确运行的能力。

4）安全和隐私：如用户数据和信令的加密和完整性保护，保护最终用户隐私，防止其遭受未授权用户跟踪，保护网络免于遭到黑客攻击、欺诈、拒绝服务、中间人攻击等。

5）运行寿命：每次蓄能完成后的运行时间。这对需要极长电池续航时间（例如10年以上）的机器设备而言尤为重要，受物理和经济因素的影响，对这些设备进行常规维护十分困难。