什么是5G？

“ 5G”这个术语已经存在了一段时间，然而它确实是一个营销术语。人们甚至在还没有人知道5G即将到来之前就在谈论5G。即使在今天，如果您问五个不同的人，“什么是5G？”您可能会得到五个以上的答案！好吧，这个名字自然就是5G，因为它是“第五代”移动网络标准。最终，5G将由诸如3GPP（第三代合作伙伴计划）之类的标准化机构来定义，即使这样，5G的概念也会不断更新。很难为5G定义清晰的定义的原因是，在接下来的十年中它将成为全球网络标准，同时人们对5G在技术上的革新抱有太多期待，然后便是建立和部署新网络并使成本和功耗保持在合理水平的现实。因此5G是我们的梦想与下一代无线电技术两者之间的折中。

5G技术的定位是旨在解决4G技术的所有缺点。 特别是，人们设想“云可以包罗万象”，它可以提供随时随地的桌面式体验，沉浸式体验（无处不在的逼真媒体），无处不在的连接性（互联事物的智能网络）和思科网真（实时远程控制机器）。为了解决来自移动设备的这些新应用场景，定义了以下图1.1所示的“美好的需求”：（1）峰值数据速率高达10Gbps，（2）小区边缘数据速率接近1Gbps，（3）小区频谱效率接近10bps / Hz，（4）高达500km / h的移动性，（5）成本效率是4G的10到100倍，（6）延迟为1ms，这也许也是最重要的（ 7）每平方千米超过1 兆个同时连接。

图1.1 对5G技术的要求

我们需要5G吗？

那么为什么我们需要5G？ LTE和WiFi是能为我们良好服务的技术。在一个新通信网络上的投资会有所回报吗？ 首先，让我们考虑一下新一代的无线技术用户。今天一个12岁的小孩从他出生就开始接触智能手机和平板电脑，而这些东西也将陪伴在他大部分时间。他可能甚至从未经历过互联网中断的情况，作为他父母的这一代，实际他父母这一代人都用智能手机/和平板电脑代替了电视。电视的移动性受到限制，而智能手机可以随处携带，不仅提供视频，还提供无数的游戏以及只有新一代才能理解的其他娱乐方式。由于宽带的存在，这一代可以视频接触到不同的事物。学生更喜欢在线观看讲座，特别是因为在他们看视频时他们可以减慢或加快演讲速度。

现在，让我们想象一下一个孩子在尝试了解诸如内燃机之类的新事物时，十年后会做什么。那么希望这将是一个引起他好奇心的古老遗迹，因为电力推进将完全取代此类发动机。他会怎么做？他会穿上虚拟现实或增强现实护目镜，或者使用全息投影仪显示引擎。他将能够旋转引擎，查看不同的零件，然后只需简单的手势就可以将引擎拆成千上万个零件。然后，他也可以只看引擎的一些零件，例如在发动机缸体内部，并与活塞一起运动，看看它们如何上下移动并通过曲轴产生旋转运动。他将在短时间内就能学到很多东西。显然，这些数据必须从Internet下载并实时回放。也许他正在修理一辆经典的汽车，他需要在车库里再次观看3D图像。在这个时代，一个基站将需要同时服务数百或数千个好奇的孩子。

在一些特定情景下，对网络的需求将会激增。 想象一下一个教室，那里有成千上万的学习解剖学的学生。这位教授将在他面前摆着一具虚拟尸体，他将进行切割并将不同部分的演示放在一起。 每个学生也将有自己的虚拟尸体。 事实上，无需使用无生命的身体，因为充满活力和运动的虚拟身体会变得更加有趣，例如，了解肌肉和结缔组织如何协同工作以实现不同的运动。在这种情况下，我们有成千上万同时位于同一地理位置的3D高清晰度（HD）连接。显然，这超出了当代WiFi和4G网络的功能。

在伯克利无线研究中心（BWRC），科学家已经研究了这些问题，并考虑将下一代无线无线通信技术设想成什么样子。2013年12月，加州伯克利大学的科学家整理了关于xG网络的构想，如图1.2所示。他们的愿景是利用使用大量的天线来构建一个新的网络并通过一点允许对许多不同的设备进行高度的空间复用，网络从手机和平板电脑到物联网（IoT）设备。多个RF和毫米波波段以互补的方式使用，以形成尖且宽广的光束。同样，最重要的是，这些接入点通过形成一歌分层无线网状网络（图1.3），无需使用电缆或光纤形成回程网络。这样，网络可以增长以服务无线网络的需求。接入点可以唤醒，识别网络中的其他节点，然后根据路由流量需要，链路以动态方式上升或下降，这与Internet最初的构想，和数据包交换的需求非常相似。同时，人们开始构思5G及其应包含的内容。为了实现这些设想，我们需要利用更高的频段以实现更高的频谱效率并避免干扰，5G也可以在毫米波频段工作的想法诞生了。

图1.2 伯克利无线研究中心对“xG”用于下一代无线通信系统的构想

图1.3 使用相控阵和网状网络的无线回程可以消除对光纤连接的需求，从而降低5G系统的部署成本