5G通常被视为提供宽带接入的第五代蜂窝网络技术。国际电信标准组织3GPP将任何使用“5G NR”(5G新无线电)软件的系统定义为“5G”，这一定义在2018年底开始普遍使用。
第一次真正意义上开通5G商用服务是韩国在2019年4月进行的， SK电信公司安装了38000个基站， KT联合公司安装了30000个基站， LG U Plus安装了18000个基站；其中85%的基站分布在六个主要城市。[1] 他们在非独立（NSA）模式下使用3.5千兆赫(Sub-6)频谱，测试到传输速度从193兆比特/秒到430兆比特/秒不等。[2] 第一个月就有260000用户注册，他们的目标是到2019年底5G手机用户的比例达到总移动用户数量10%。[3]
威瑞森（Verizon）在美国城市芝加哥和明尼阿波利斯的数量非常有限的基站上开通了5G服务，在非独立模式下使用带宽400兆赫（MHZ）的28千兆赫(GHZ)毫米波频谱。测得芝加哥的下载速度从80兆比特/秒到900兆比特/秒，上传速度为12兆比特/秒到57兆比特/秒,往返延迟时间为25毫秒。[4]据2019年5月的报道，威瑞森的5G服务在某些地方会经常达到1 Gbit/s。 [5][6]
五家公司为全球通信运营商销售5G无线电硬件和5G系统:华为（Huawei）、中兴（ZTE）、诺基亚（Nokia）、三星（Samsung）和爱立信（Ericsson）。[7][8][9][10][11][12]
5G网络是数字蜂窝网络，运营商将其覆盖的服务区域分成称为蜂窝区域，类似于马赛克式的小地理区域。代表声音和图像的模拟信号在电话中被数字化，由模拟转换器转换成数字信号并以比特流形式传输。蜂窝区域内的所有5G无线设备通过无线电波与区域中的本地天线阵列和低功耗自动收发器(发射器和接收器)进行连接，并通过收发器从公共频率池分配的频率信道进行通信，这些频率信道可在不同的蜂窝区域内重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程线路与电话网络和互联网连接。像现有的手机一样，当用户从一个蜂窝单元移动到另一个蜂窝单元时，他们的移动设备会自动无缝地“切换”到新蜂窝的天线。
5G计划用亳米波无线电频率进行通信。[13] 因为毫米波比微波的波长更短，因此其蜂窝区域所覆盖的面积更小；无线电波也更难穿透建筑物的墙壁。[14] 毫米波天线比以前蜂窝网络中使用的大天线尺寸小,它们只有几英寸(几厘米)长。还有一种用于提高数据传输速率的技术是大规模MIMO技术（多输入多输出技术）。[14]每个蜂窝区域内将安装有与无线设备通信的多个天线，由多个天线接收，并将大量的比特流数据同时并行传输。借助于一种称为波束赋形的通信传播技术，基站计算机将不断地计算无线电波到达每个无线设备的最佳路径，并将组织多个天线作为相控阵一起工作，将产生的亳米波无线电传输到用户的无线电设备。[14][15]
新的5G无线设备还具有4G长期演进LTE的能力，因为新网络使用4G来初始建立与蜂窝小区的连接，以及在那些5G还不能接入的地方, 仍然还需借助4G的能力。[16]
5G网络每平方公里最多可支持一百万台无线设备，而4G每平方公里仅支持4000台无线设备。[17]
国际电联无线电协会ITU-R已经为5G定义了三种主要的应用场景。分别是增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低时延通信(URLLC)和大规模机器类通信(mMTC)。[18] 增强型移动宽带(eMBB)将5G作为4G LTE移动宽带一个升级服务，具有更快的连接、更高的吞吐量和更大的容量。超可靠低时延通信(URLLC)是指将网络用于需要不间断和强大数据交换的任务关键型应用。大规模机器类通信(mMTC)将被用于在大范围内连接大量低功耗、低成本的无线设备，这些设备具有高扩展性和更长的电池寿命。URLLC和mMTC预计都不会在2021年前广泛部署。
在低于6千兆赫(GHz)的频带范围内，5G NR的速度可能略高于具有相似频谱和天线数量的4G，[19][20] 尽管一些3GPP 5G网络可能会比一些高级4G网络慢，例如在曼哈顿达到500兆比特/秒的T-Mobile的LTE/LAA网络。[21] 5G规范也允许LAA(授权频谱辅助接入)，但5G中的LAA还尚未得到演示。如果将LAA添加到现有4G配置中可以增加数百兆位每秒的速度，但这仅只是一种4G的扩展，而不是5G标准的新部分。[21]
在不太常见的毫米波频谱中，传输速度可得到明显、更高的提升。
在5G技术标准中，“空气延迟时间”目标值是1-4毫秒， 而在2019年通过已有的5G设备测试到了8-12毫秒的空气延迟时间。[22][23]服务器的延迟时间必须添加到“空中延迟时间”。据Verizon报告其早期进行的5G试验的延迟时间为30毫秒。[24]
最初，这个标准是与国际电信联盟提出的IMT-2020标准相关的，该标准要求理论上的峰值下载容量为20千兆位和一些其他要求。[25] 后来行业标准组织3GPP选择了5G NR(新无线电)标准和LTE作为提交给IMT-2020标准的提案 。[26][27]
3GPP组织计划在2019年完成制定5G第一阶段技术规范R15，笫二阶段技术规范R16将在2020年完成。[28]
5G NR频率使用包括低于6千兆赫的低频段(FR1)和高于24千兆赫的高频段(FR2)。然而，在早期FR1运营中，在4G硬件(非独立模式)上使用5G NR软件，其传输速度和延迟时间仅略好于新4G系统，估计性能只提升15%至50%。[29][30][31]
全球电气和电子工程师协会IEEE的网络技术标准涵盖了5G的几个领域，其核心集中在无线端射频头(RRH)和基带处理单元(BBU)之间的电缆段。1914.1标准侧重于网络架构，并将RRU和BBU之间的连接分为两个关键部分。从射频单元(RU)到分配单元(DU)是NGFI-I(下一代前端接口)，从分配单元(DU)到中央单元是NGFI-II接口，这样允许网络具有更好的多样性和成本效益。NGFI-I和NGFI-II已经定义了这些性能值，应该对这些性能值进行编译，以确保能够执行国际电联(ITU)定义的不同流量类型标准。1914.3标准是正在创建一种新的基于3GPP对功能划分的以太网络架构格式，它能够根据所使用的功能划分，以更有效的方式传输IQ数据。IEEE正在更新多个网络同步标准，以确保RU的网络定时精度保持在网络数据传输所需的水平。
5G NR(新无线电)是为5G网络开发的一种新型空中接口。[32] 它将成为3GPP 5G网络空中接口的全球标准。[33]
先期标准实现
在物联网(IoT) 领域中，3GPP将为其提出窄带物联网NB-IoT和海量机器类通信eMTC(LTE-M)的演进技术规范，作为LPWA(低功耗广域)用例的5G技术。[36]
除了移动运营商网络，5G也有望广泛应用于工业物联网、企业网络和关键通信领域的专用网络。
在拥有5G核心网络的独立模式条件(在5GNR硬件上使用5GNR软件) 成熟之前，初期的5G NR使用还得依赖于非独立模式下的现有LTE (4G)基础架构(5G NR软件在4GLTE硬件上运行)。
截至2019年4月，全球移动供应商协会（GMSA）已在88个国家确认了224家无线运营商正在积极投资5G (他们中有的完成了演示、有的正在测试或试用、或已获得5G技术现场试用许可、正在部署5G网络或已宣布推出服务)。[37] 而在2018年11月，全球只有81个国家的192家运营商愿意投资5G。[38] 2019年4月，韩国是第一个真正意义上开通5G商用服务的国家。
当韩国推出其5G网络时，除了LG U Plus之外，所有运营商都使用三星、爱立信和诺基亚基站和设备，而LG U Plus使用华为设备。[39][40] 三星是韩国5G基站的最大供应商，当时在韩国安装的86，000个基站中， 三星占53，000个。[41]
在5G网络中，为支持其大量增长的吞吐量需求，分配了大量的新频段(5GNR频段) 给5G[42]。例如，2016年7月，美国联邦通信委员会(FCC)为5G释放了大量未充分利用的高频段带宽。频谱前沿提案(SFP)将未经授权的毫米波频谱的数量增加了一倍，达到14千兆赫，并创造了四倍于联邦通信委员会迄今为止许可的可变的移动使用频谱。[43] 2018年3月，欧盟议会同意到2020年开放26GHZ频段和3.6GHZ带宽的频谱段给5G网络。[44]
据报道，截至2019年3月，有52个国家、地区、特别行政区、争议地区和属地正在正式考虑为地面5G服务引入某些特定的无线电频段，他们当中有的正在就5G的合适频谱分配进行磋商，有的为5G选定了频谱，有的已经宣布拍卖频谱的计划，或已经为5G分配频谱。[45]
2019年3月，全球移动供应商协会（Global Mobile Suppliers Association，GMSA）发布了业界首个追踪全球5G设备统计的数据库报告。[46] 在这份报告中，全球半导体联合会GSA确定了23家供应商，他们已经确认了即将推出的5G设备的可用性，其中包括33种适合各种特定地区不同版本的设备。己公布的各种不同外形规格的5G设备共有7大类:( 电话(x12种)、4种热点设备、8种室内和室外客户驻地设备、5种模块、二种嵌入式适配器和适配器)以及一种USB终端设备。[47]
在5G物联网芯片组领域，截至2019年4月，已开发出四个商用5G调制解调器芯片组和一个商用处理器/平台，预计在不久的将来还会推出更多。[48]
3GPP为5G定义的空中接口技术规范被称为新无线电(NR)，该规范被细分为两个频带，FR1(低于6千兆赫)和FR2(毫米波)。[49] 每个频带具有不同的容量。
频率范围1 (< 6 GHz)
FR1定义的最大信道带宽是100 MHz，因为在这个拥挤的频率范围内，连续频谱资源稀缺。在这个范围内，5G最广泛使用的频段为3.5 GHz左右。韩国运营商目前使用的就是3.5千兆赫，不过他们也分配了一些毫米波频谱。
频率范围2 (> 24千兆赫)
FR2定义的最小信道带宽为50 MHz，最大为400 MHz，3GPP R15规范支持双信道复合使用。在美国，威瑞森（Verizon）使用28GHZ千兆赫频段，而AT&T则使用39GHZ千兆赫频段。5G可以使用高达300 GHz的频率。 [50] 频率越高，在不干扰其他无线信号或信号比较杂乱的情况下支持高数据传输速度的能力就越强。因此，单位长度内(每米)5G可以支持比4G多大约1000台无线设备。[51]
FR2网络覆盖
5G可以使用比4G更高的频率，因此，与4G或更低频率的5G信号不同，一些5G信号不能远距离传输 (超过几百米)。这需要每隔几百米就要设置一个5G基站，以便有效利用更高的频率传播信号。此外，由于高频电磁波的穿透性较差，这些高频5G信号不能轻易穿透固体障碍，如汽车、树木和墙壁。[52]
| 5G中的FR2基站类型 (蜂窝类型) |
部署环境 | 最大用户数量 | 输出功率 mw) |
基站间的最大距离 |
| 毫微蜂窝基站 | 住宅、商户 | 家庭4-8 商户:16-32 |
室内:10-100 户外:200-1000 |
10米 |
| 皮微蜂窝基站 | 购物中心等公共区域， 机场、火车站、摩天大楼 |
64至128 | 室内:100-250 户外:1000-5000 |
10米 |
| 微蜂窝基站 | 填补城市地区的覆盖间隙 | 128至256 | 户外:5000-10000 | 几百米 |
| 小蜂窝基站 | 城市地区提供额外的容量 | 超过250个 | 户外:10000-20000 | 100米 |
| Wi-Fi (用于比较) |
家庭、商户 | 小于50 | 室内:20-100 户外:200-1000 |
几十米 |
大规模MIMO阵列天线技术(多输入多输出)使用大量天线和多用户MIMO来提高扇区吞吐量和容量密度。每个天线都是单独控制的，并且可以嵌入无线电收发器组件。诺基亚曾经声称64-Tx/64-Rx天线系统的容量增加了五倍。“大规模天线技术MIMO(多输入多输出)”一词是由诺基亚贝尔实验室研究员托马斯·马泽塔(Thomas L. Marzetta)博士在2010年创造的，并已在日本的软银4G网络中推出应用。[53]
在全球562个5G技术的独立演示、测试或试验中，至少有94个涉及5G环境下的大规模阵列天线技术测试。[54]
边缘计算由更接近最终用户的云计算服务器提供。它减少了延迟和数据流量阻塞。[55][56]
小蜂窝基站是一种低功率蜂窝无线接入节点， 使用许可或未许可的无线电频谱覆盖范围为10米到几公里范围内。小蜂窝基站对5G网络至关重要，由于5G的频率更高，所以5G的无线电波不能长距离传播。
顾名思义，波束成形技术是用于将无线电波引导向目标用户。这是通过组合天线阵列中的元件来实现的，使得某些特定角度的信号经历建设性的正向干扰，而其他角度的信号经历破坏性干扰，从而提高了信号质量和数据传输速度。正是因为这种技术能够提高信号质量，5G就使用了这种波束成形技术。
向5G过渡过程中，一个预期的好处是多种网络功能的融合，以实现成本、功耗和复杂性的降低。LTE通过各种努力实现了与wi-fi频段/技术的融合，如许可证辅助接入(LAA； 未经授权频段的5G信号该频段也被WI-FI使用) 和LTE--WLAN聚合(LWA与wi-fi无线融合)，但是因为蜂窝基站和wi-fi的容量不同而限制了融合的范围。然而，在5G网络中蜂窝网络性能规范有了显著改进，再加上从分布式无线接入网(D-RAN)向云或集中式RAN (C-RAN)的迁移以及小蜂窝基站的推出，就可以缩小在室外密集地和室内使用wi-fi和蜂窝网络之间的差距。无线电融合可以带来技术共享，其范围从蜂窝和wi-fi信道的融合到使用单一硅设备实现多种无线电接入技术。
NOMA(非正交多址接入)是面向未来蜂窝系统的多址接入技术。在这种情况下，多个用户通过功率分配共享相同的时间、频率和扩频码资源。在整个通信时间内，NOMA的每个用户都可以利用整个带宽，因此延迟得以减少，用户的数据速率得以提高。对于多址接入，NOMA已经使用了电源域管理方式，其中不同的电源(功率)级被用于服务不同的用户。3GPP还因其频谱效率而将NOMA技术纳入LTE-A，并被称为多用户叠加传输技术(MUST)，这也是NOMA技术的两个应用范例。[57]
最初，蜂窝移动通信技术是在提供语音服务和互联网接入的背景下设计的。今天，随着不断涌出各种创新工具和技术的新时代来临，人们需要开发各种新的应用程序池。这个应用池涵盖不同的领域，例如物联网、车辆自动驾驶网络、遥控机器人和连接到多用途应用的多相传感器。[58]
5G NR的信道编码技术已经从4G中的turbo改变为控制信道的polar和数据信道的LDPC。[59][60]
像未授权频谱中的LTE(长期演进)一样，5G NR也将支持在未授权频谱中的运营。[61] 除了LTE的许可证辅助接入(LAA)使运营商能够使用这些未授权频谱为用户提高使用性能之外，5G NR还将支持独立的NR-U未授权运营，将允许在不同环境中建立新的5G NR网络，而无需获得使用频谱的授权许可，例如可建立本地专用网络或降低进入门槛，向公众提供5G互联网服务。[61]
各种5G方案使用的频谱非常接近被动遥感，例如气象和地球观测卫星，特别是用于水文监测。如果没有有效的控制，可能会发生很严重的干扰。统计表明对于以前使用的频段信号的干扰现象已经在增加。[62][63] 对卫星运行的干扰会损害数字天气预报的准确性，并对经济和公共安全造成严重的危害。[64][65] 这些担忧促使美国商务部长威尔伯·罗斯(Wilbur Ross)和美国宇航局局长吉姆·布赖登斯廷(Jim Bridenstine)在2019年2月联名敦促联邦通信委员会撤回一些频谱拍卖提案，但均遭到了拒绝。[66] 众议院拨款委员会 和 众议院科学委员会 给联邦通信委员会主席写了单独的信 Ajit Pai 要求进一步审查和咨询 NOAA, 美国宇航局，和 国防部和对国家安全有害影响的警告。[67] 2019年5月，美国国家海洋和大气管理局代理局长尼尔·雅各布斯在众议院委员会作证说，5G带外排放可以减少30% 天气预报 准确性以及由此导致的 ECMWF模型 性能将无法预测轨道，从而影响 超级飓风桑迪 2012年。这 海军 2019年3月，写了一份警告恶化的备忘录，并提出了技术建议，以控制频带溢出限制、测试和部署，以及无线行业和监管机构与天气预报组织的协调。[68]
由于担忧中国设备供应商对外国用户进行间谍活动，一些国家已经采取行动限制或取消在各自的5G网络中使用中国设备。但是中国供应商和中国政府已经否认了这些指控。
5G的发展加剧了人们对辐射效应可能导致健康风险的担忧。[69]2019年4月，比利时布鲁塞尔市因担心辐射而阻止了5G试验。[70] 在瑞士日内瓦，升级到5G的计划也因为同样的原因而被叫停。[71] 但是瑞士电信协会(ASUT)表示，没有研究能证明5G频率对健康有任何影响。[72]
俄罗斯政府的一个宣传机构——RT America,[73][74][75] 在没有任何科学研究支持的情况下，播出了将5G与有害健康影响联系起来的节目。RT连续的几个报道警告了5G可能带来的健康影响，如“脑癌、不孕、自闭症、心脏肿瘤和阿尔茨海默氏病”，其影响传播到了数百个博客和网站。[76]而与此同时，俄罗斯总统弗拉基米尔·普京则于2019年2月下令推出俄罗斯5G网络。瑞安·福克斯（Ryan Fox）是一家追踪虚假信息的科技公司的高管，他说，“俄罗斯5G技术并不好，所以它试图破坏和抹黑我们的5G技术。”美国另外一家寻求对抗俄罗斯虚假信息的公司的负责人莫利·麦基夫(Molly McKew) 则表示，俄罗斯政府“非常乐意见到民主政府卷入到围绕5G的环境和健康危害的争论中”[76][77]
世界各地，运营商推出了许多不同品牌的技术，如“5G项目"，或5G进化该网站宣传利用“5G技术”改善现有网络。[78][79] 然而，这些5G之前的网络实际上是对5G以外的长期演进网络规范的改进，因此被描述为“误导”。[80]
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