移動通信發展史

蜂窩移動通信的發展極大地改變了我們的社會面貌和通信方式，我們現在很難想象沒有移動通信系統的生活會是什么樣的。移動通信技術高度賦能了我們的現代生活，使得現代社會能夠高效運作，并對政治，經濟，教育，衛生，娛樂，物流，出行和工業都產生了重大影響。

自1970年代美國貝爾實驗室開發出第一個模擬通信系統以來，大約每十年就會出現新一代無線通信系統。第一代移動通信技術（1G）是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標準，制定于上世紀80年代。2G完成了模擬技術向數字技術的轉變，改善了話音質量，并且提供了短消息等功能。3G的目標是提供包括語音、數據、視頻等豐富內容的移動多媒體業務。4G則在3G基礎上，數據傳輸速度更快、容量更高、質量更好。

5G是什么

5G是第五代移動網絡或者繼4G之后的下一個主要蜂窩網絡演進。5G會有更高的頻譜效率，支持更多用戶，提供更高的數據速率并保證更加穩定一致的用戶體驗。隨著物聯網設備和連接的增長，5G還有望去支持更高的設備連接密度，延長設備電池壽命，擴大網絡覆蓋范圍并提高信令效率。

與以前推出的移動技術不同，5G并不是用新技術全面取代現有技術。它是針對現有架構的一種演進和重新構思，以便可以從當前和將來的基礎結構中獲得最大的靈活性和運營效率。

5G 驅動力

1. 移動終端和流量的增長

根據思科的數據，到2021年，全球移動數據流量預計將達到每年587艾字節(exabytes )，高于2016年的87艾字節，是2011年全球移動流量總量的122倍。這相當于131萬億張圖片，或者約13萬億個YouTube片段

移動數據流量的迅速增長主要是基于視頻流業務的爆發。思科/VNI預測，到2021年，在120億個連接中，有75％將是智能設備，智能設備的飛躍將導致數據消耗激增。

2.全新的移動應用世界

除智能設備外，新的應用也在不斷涌現并迅速增長。4G主要針對移動寬帶(即MBB)，未來的基礎架構必須能夠處理許多不同類型的設備，它們有著不同的甚至相沖突的需求。因此，5G需要同時支持各種設備，從最小的到最強大的，并在數據速率，功耗和成本方面達到極致。

5G會繼續提供和增強(eMBB)4G的功能，提供更高的帶寬，來滿足視頻流和AR/VR等應用的需求，同時，它也開啟了大規模物聯網和高可靠低時延通信的應用場景。

未來將是一個可編程的世界，過去是關于人與人之間的聯系，未來更多的是人和物及物和物之間的互聯，即所謂的萬物互聯，屬于物聯網的范疇，比如智能音箱，智能空調。不同于MBB，它們有著不同的網絡特點，比如，IoT會產生相對數據更多的信令開銷。

5G需要包括所有這些應用。

3.通信行業發展的內在需求

隨著移動設備數量的增加和數據流量的增加，移動設備和網絡都需要提高能源效率。

另外，由于用戶已習慣于統一費率且不愿支付更多費用，因此網絡運營商承受著減少運營支出的壓力。移動通信技術可以開啟新的應用（例如用于超低延遲或高可靠性的場景）和行業新應用，從而為運營商打開新的收入來源。

因此，5G應該顯著提高運營性能（例如，頻譜效率提升，更高的數據速率，低延遲）以及出色的用戶體驗（接近固定網絡，但是提供全面的移動性和大范圍覆蓋）。5G需要去滿足物聯網的大規模部署需求，提供可接受水平的能耗，設備成本，以及網絡部署和運營成本。它需要支持各種各樣的應用和服務。

為什么我們不能簡單地從LTE演化到5G？根據前面的描述，5G需要支持各種各樣的用戶場景，要想同時滿足這些更大范圍的用例，5G需要一個更加靈活和自適應的無線和核心網方案，它會改變當前的LTE基礎架構。

5G系統需求和行業應用

ITU-R^[1]在其ITU-R M.2083建議書中為2020年及以后的IMT定義了以下主要方案：

增強型移動寬帶（eMBB）：

eMBB主要是針對以人為主的視頻之類的服務，對吞吐量的需求非常高，能夠提供比較好的用戶體驗，比較快的速率以及比較大的帶寬。

在熱點區域，能夠處理大幅提升的數據速率，極高的用戶密度和流量容量；對于廣域覆蓋場景，能夠保證無縫覆蓋及中到高速移動場景下用戶數據速率的進一步改善。

物聯網的大規模機器類型通信（mMTC）

支持大量終端的連接，萬物互聯，設備往往比較簡單，低速，省電(低功耗)，支持遠距離傳輸（大范圍覆蓋）。例如，智能抄表，智慧農田。

超可靠和低延遲通信（URLLC）

緊急的、極致的機器類通信；要求時延很小，能夠做出快速的反應，滿足對安全性和可靠性要求極高的關鍵型應用。

From Internet

系統需求

根據ITU-R M.2083，IMT-Advanced^[2]（第四代）與IMT-2020^[3]（第五代）的關鍵功能比較：

5G期望的峰值速率是單個用戶或者單個設備在理想的條件（特定的條件和場景）下達到20Gbps的傳輸速率，用戶體驗速率要能達到100Mbits/s，在熱點覆蓋區域甚至更高（比如：室內1Gbit/s）。

總體上，5G期望1ms的空口時延（單用戶，小數據包），針對不同場景要求會有一定差異。對于用戶面，eMBB場景下要求是4ms，而對時延要求高的uRLLC則為1ms；對于控制面，都為10ms。

在移動場景下（包括不同的接入技術下），5G要保證無縫的切換和數據傳輸，IMT-2020期望移動速度能支持到500km/h并保證足夠好的QoS。

在連接密度上，5G相比4G有了10倍的提升，單個小區下每公里支持100萬個連接數，真正實現了萬物互聯。

From ETSI

5G需要滿足所有上面這些需求，但是針對各個場景來說，它們需求上是有差異的：

From ETSI

比如對于mMTC場景來說，物聯網設備需要大的連接密度，但是對速率和時延方面的要求并不高，而對于極致通信來說，最為關注的是它的時延和移動性。5G需要根據各個應用的特定需求進行相應的資源分配和調度處理。

行業應用

5G的這些特性將會對我們的工業生產和日常生活帶來重要的影響，下面通過幾個行業應用來介紹一下5G是如果應用和促進產業發展的。

1. 沉浸式娛樂 Immersive entertainment

對于不斷增長的移動視頻需求，5G網絡的支持至關重要。

同時，消費者對沉浸式媒體，即互動性、多感官、數字化體驗的熱情不斷高漲，借助VR和AR等技術，5G無與倫比的數據容量，速度和低延遲特性也將有助于實現全新的沉浸式娛樂。

這些技術通過AR游戲和互動游戲等創新，幫助提升體育和其他直播事件的粉絲體驗，而VR則幫助在家中和移動設備上重新創造現場體驗。

2.車聯網 Connected Vehicles

5G對于自動駕駛的未來至關重要。這些聯網車輛將需要檢測障礙物，與智能標志（比如交通燈）信息交互，精確地圖導航，并相互通信，甚至與其他制造商生產的汽車進行通信。

From Dell

為了確保乘客安全，大量的數據需要實時的傳輸和處理，只有5G能夠提供將數百萬輛自動駕駛汽車帶入道路所需的容量，速度，低延遲和安全性。

自動駕駛汽車不僅具有減少污染和擁堵并提高乘客安全的潛力，而且還可以開拓一個全新的市場。隨著駕駛員成為乘客，他們將獲得額外的空閑時間，這可能會帶來針對特定旅行時間量身定制的全新平臺和模式。英特爾將這個嶄新的領域稱為“客運經濟 Passenger Economy”，并預測到2050年其價值將達到7萬億美元。

3. 物聯網（IoT）

物聯網（IoT）已經處于快速發展階段，隨著5G的引入，它的基礎設施能夠將數十億設備連接到互聯網。

家庭物聯網中越來越多的設備為硬件制造商提供了巨大的機會，但真正的潛力在于工業物聯網。在全球范圍內，到2023年，工業連接基礎將超過消費者物聯網連接。根據GSMA Intelligence的數據，2017年至2025年，全球IoT連接（蜂窩和非蜂窩）的數量將增長三倍多（從7.5增至251億）。

這項技術已經徹底改變了包括制造業，農業和零售業在內的各個領域。互聯家庭，互聯汽車和智慧城市解決方案正在獲得真正的動力，智能能源和醫療保健也有望成為物聯網的重要領域。在醫療保健領域，物聯網可以提供全新的治療方式，基于可穿戴設備傳感器的數據，5G能夠實現一系列創新，例如遠程機器人手術和個性化醫療。同時，這種高精確的健康監控能力很可能會對保險業產生重大影響，其保費價格將取決于客戶的生活方式。

敏感數據的大規模傳輸也意味著物聯網安全將成為未來幾年的重大投資方向。

IDC預測，全球物聯網支出將從2017年的8000億美元增長到2021年的近1.4萬億美元。麥肯錫對物聯網總的經濟影響做了更長遠的評估 – 到2025年，每年將達到3.9-11.1萬億美元（類別最大的包括工廠（例如運營管理，預測性維護）和城市（例如公共安全與衛生，交通控制，資源管理）。

5G創新技術

5G里面引入了很多技術創新，主要包括無線技術和網絡技術兩方面。在無線技術領域，大規模天線陣列（Massive MIMO）、毫米波（mmWave）、載波技術（Carrier Aggregation）、新型多址接入等技術是提升5G性能的重要手段；在網絡技術領域，基于軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）的新型網絡架構以及多接入邊緣計算（Multi-Access Edge Computing - MEC）和網絡切片（Network Slicing）將會是5G的重點關注領域。下面具體介紹一下MEC和Network Slicing。

邊緣計算

5G需要處理場景的多樣性，因此它需要一個更加自適應的無線和核心網，它的極端低時延(1ms)需求對LTE的基礎架構是一個挑戰

對于端到端時延 (核心網-終端), 傳輸距離影響非常大 (對照表見下圖)。為了最大發揮空口1ms優勢，也要控制基站到核心網之間的傳輸時間控制在1ms以內，那么就需要把基站到核心網之間的傳輸距離控制在幾十公里以內。5G里實現的方案叫做MEC (Multi-Access Edge Computing)，本質上就是把核心網的用戶面(UPF^[4])下沉，把它放到離基站非常近的地方，甚至可以放到跟基站同一個機房，這樣的話從基站到核心網的用戶面之間的距離就會變得非常的短，這段時延會大大縮小。

多接入邊緣計算（MEC）是5G里的一項新技術，目前已在ETSI^[5]中進行標準化。通過MEC，實現核心網用戶面下沉，把核心網處理網絡節點放到網絡邊緣，MEC在移動網絡的邊緣，無線接入網（RAN）內以及緊鄰移動用戶的位置提供IT服務環境及電信級的運算和存儲資源，通過將業務處理本地化，降低回傳鏈路距離，減小業務的傳輸時延，確保高效的網絡運行和服務交付，提供更好的用戶體驗。

MEC的環境具有低延遲，鄰近用戶，高帶寬以及實時了解無線網絡信息和位置感知的特點。所有這些都可以轉化為價值，并可以為移動運營商，應用和內容提供商創造機會，使他們能夠更好地從移動寬帶體驗中獲利。

AR 增強現實

我們以AR場景為例，來描述一下它是如何利用MEC的特性來改善自身性能，促進行業發展的。

VR/AR是新一代信息技術相互融合的產物，它對渲染能力、互動體驗和移動性有很高的要求。過去的AR/VR產品因為帶寬和時延的問題導致它的渲染能力等不足，阻止了其在消費領域的大規模生產，是遏制其行業發展的一塊短板。高質量的VR/AR對帶寬和時延要求非常高，例如對于AR來說，它需要達到200Mbps以上帶寬和5ms以下的延時，才能保證其用戶體驗。這在4G時代是沒有辦法實現的，而5G剛好解決了這些痛點。

增強現實（AR）是真實世界環境和計算機生成感官輸入的融合，包括聲音，視頻，圖形或GPS數據等，使得真實環境和虛擬信息無縫結合，真實環境與虛擬物體在同一畫面或同一空間同時存在，給用戶帶來一種超越現實的感官體驗。

AR可用于提升博物館或其他景點的體驗，考慮一下這個場景，一個游客來到博物館，美術館，城市紀念碑，音樂或體育賽事現場，將他們的移動設備移向特定的興趣點，并激活與之相關的應用程序（比如博物館應用程序）。攝像頭捕獲興趣點，應用程序隨之顯示與訪客正在觀看的內容有關的其他虛擬增強信息。比如當你靠近一只恐龍骨架時，一只栩栩如生的恐龍會出現并且可能咆哮。

Source : http://inews.gtimg.com/newsapp_bt/0/1272229270/641

AR通過定位技術（GPS或相機圖片）獲取用戶的位置以及面對的方向，分析攝像頭捕獲的興趣點，分析了此類信息之后，應用程序可以向用戶實時提供其他虛擬增強信息。如果用戶移動，則需要刷新信息。

這個過程包括用戶攝像頭所獲取視頻數據的上傳、AR內容服務器的分析處理以及虛擬信息的疊加、處理后影像數據的傳輸下載等等，這對網絡帶寬、傳輸時延以及處理速度都提出了很高的要求，因此需要在MEC平臺上而不是在云中托管AR應用，同時，與興趣點有關的增強信息是針對本地影像信息的疊加，其本身也高度本地化。下圖顯示了如何使用MEC平臺提供增強現實服務。

From ETSI

MEC服務器上的應用程序負責本地目標對象跟蹤、本地增強現實內容緩存以及增強現實內容的疊加處理，縮短了業務的端到端時延，提升了用戶體驗，同時避免了大流量數據傳輸對回傳帶寬的消耗。

網絡切片

在前面我們介紹了5G里面有不同的用戶場景和性能需求，當前的通用性網絡架構并不能滿足垂直行業業務在時延，伸縮性，可用性和可靠性等方面的各種特定需求。為了解決這個問題，NGMN^[6]首先提出了網絡切片的概念。

網絡切片使運營商能夠創建預定義的，為不同的企業部門提供不同級別的服務，使他們能夠定制自己的操作。另外，自動化和快速創建切片的能力可以為不同的客戶進行網絡能力的動態打包，這是網絡切片的最終目標。

網絡切片是一個跑在共享物理設施上的獨立邏輯網絡，遵守不同行業和客戶的SLA(服務水平協議)，要達到這個目標，網絡切片需要提供端到端的服務，包括接入網，傳輸網和核心網。特別在5G里，接入網是一個異構網絡，包括4G, 5G甚至非3GPP的WiFi和固定接入，網絡切片需要去處理這些挑戰。

網絡軟件化技術，比如SDN/NFV，能夠提供可編程，靈活性和模塊化等特性，可以通過它在公共網絡上建立多個定制的邏輯虛擬網絡，來實現這個目標。

From GSMA

上圖中，這幾個典型的行業分布映射到5G的3大基本場景，eMBB, mMTC和uRLLC，它們有著不同的功能和性能的需求，運行在不同的切片上，各個切片還可以再劃分為子切片，滿足細分行業。另外，一個垂直行業也可以包含多個切片。

網絡切片有以下特點

1. 虛擬化：通過將資源進行抽象，保證了資源的有效共享，被虛擬的資源可以是物理資源，也可以是已經虛擬化的資源，也就是說它支持不同虛擬層的遞歸抽象。

2. 隔離性：虛擬網絡之間是邏輯獨立的，從存儲、計算和處理能力看，一個網絡切片可以由共享的或者專用的資源組成，跟其他切片是隔離的，任何一個網絡發生故障都不會影響其他網絡

3. 定制化：它滿足客戶定制化的需求，包括速度、時延、質量、安全和可靠性等

4. 公共平臺：它基于SDN/NFV的統計基礎架構，能夠靈活進行部署。

V2X

V2X是5G網絡切片應用的一個很好的例子，汽車將混合使用各種服務，包括大量的IoT設備(比如傳感器)，大帶寬的娛樂系統，和低時延的監管服務或自動駕駛類的緊急服務。它們分別對應于三大基礎場景：mMTC（機器類型通信），eMBB（增強型移動寬帶）和uRRLC（超低延遲）。

切片可以根據特定的需求細分為子切片，就切片的粒度而言，V2X也是一個具有挑戰性的用例。對于每個汽車制造商，每個汽車型號，每個汽車選項，運營商是否應該只有3種類型的切片用于V2X？切片越多，設置和管理（以及銷售和支持）就越復雜，但是細分的切片可以更容易滿足特定的需求，實際的部署中必須視情況而定。

除了與網絡切片相關的業務問題（例如業務模型，切片的數量或切片的動態性）外，如今運營商面臨的主要挑戰之一是切片管理和編排。該內容不在本文細述。

戴爾科技集團5G創新研究

隨著5G時代的來臨，戴爾科技充分利用他在存儲、計算、網絡、數據保護及虛擬化等方面的優勢，積極部署5G技術的產品及解決方案，推動5G在各行業的就緒。戴爾科技有很多前瞻性的技術研究方向，包括邊緣軟件棧、人工智能和硬件加速、分布式數據存儲、自動化和編排技術及開發網絡方案等，我們將在后續文章里詳細介紹戴爾的5G技術研究及布局。

總結

每一代新興的通信系統的出現都深刻影響了我們的社會和生活方式，2G改變了人們的通信方式，3G讓移動端為新的風口，催生了各種新的手機應用，也促使互聯網產業從PC端向移動端遷移，4G更高的速率帶來了更好的用戶體驗，并讓短視頻等數據應用得到了爆發，而5G從它一開始的設計初衷就是為了支持各種垂直行業的應用，更加靈活和可靠地提高各種極致服務，并實現萬物互聯。5G，必將更加徹底的影響我們的社會。

互聯互通社區

互聯互通社區專注于IT互聯網交流與學習，關注公眾號：互聯互通社區，每日獲取最新報告并附帶專題內容輔助學習。方案打造與宣講、架構設計與執行、技術攻堅與培訓、數據中臺等技術咨詢與服務合作請+微信：hulianhutongshequ

總結

以上是生活随笔為你收集整理的5G时代下的创新技术和应用场景的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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