硬核科普如何去理解5G

　　过去的两年，全国人民将大部分精力投入到了抗疫战争里。而在这次抗击新冠肺炎中5G发挥了很大的作用，如5G远程会诊、5G医疗推车、5G+热成像技术、5G防疫机器人、5G+远程教育等。5G的步伐悄然而至，正在不知不觉影响我们的生活。那么什么是5G？它将怎样改变我们的生活，今天我们来聊一聊这个话题。
　　一、5G的提出
　　2013年5月13日，三星公司宣布，成功开发第五代移动通讯的核心技术。后来国际电信联盟又定义了5G的三大应用场景以及3GPP提出的5G技术第一个标准，各国各大企业竞相展开对5G技术的研发。随着5G的逐渐推广，它正在被人民所熟知。
　　二、5G到底有多强
　　从1G采用的频分多址技术到4G的正交频分多址技术，再到5G多技术融合，可以说移动通信领域发生了质的飞跃。这么说吧，1G是小学生，2G是初中生，3G是高中生，4G是大学生，5G就是博士。
　　5G相比4G性能强太多了。5G有几个关键的性能指标，分别是用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度、峰值密度、移动性等。用户体验速率即在真实网络环境下用户可获得的传输速率，体现在上网时的速度快慢。5G的用户体验速率可以达到0.1G-1Gbps，甚至更高，以前下载高清的视频需要几分钟或十几分钟，而到了5G只有几秒钟；连接密度数即单位面积内可以支持的手机等终端设备总数，5G是100万/km2 是4G的10倍以上，这意味着每km2内能连接100万台通信终端设备；端到端时延指的是数据包从一个终端传输到另一个终端的时间间隔，我们在玩游戏或者直播时候如果延迟超过200ms，就会出现比较明显的画面延迟，如放技能出现抬手不见效果的情况，而5G能做到毫秒级（1ms）的时延，什么延迟都可以忽略不计；流量密度指的是单位面积内总流量数，用来衡量移动网络的数据传输能力，5G流量密度是数10Tbps/km2 这个数据是4G的100倍以上；峰值速率是用户可以获得的最高传输速率，5G可以达到10Gbps，是4G的10-100倍；移动性指的是在满足一定性能的前提下，通信双方最大的相对移动速率，5G是500+km/h，是4G的1.42倍以上，这意味着当你坐在时速为500km/h的移动工具上，通信依然是畅通无阻。
　　三、5G的主要应用场景
　　通过以上的学习，我们就可以理解由第三代伙伴计划（3GPP） 提出的三个主要应用场景。
　　1.增强型移动宽带（eMBB）。当我们进入一个人群密集的地域或坐在高速行驶动车时，会出现信号不好的现象，这是由于4G技术的连接密度和移动性局限所导致。而到了5G普及后，这种现象就不复存在。以后在人流密集的地铁，你依然可以刷剧看高清视频，玩虚拟游戏以及基本通信。
　　2.海量机器类通信（mMTC）。6月2日华为创世般的正式推出鸿蒙系统（harmonyOs），它的意义在于为万物互联提供一个基础性的系统支持。但要实现万物互联的另一不可缺少的基础是5G技术，因为5G的高连接密度数、高流量密度、高峰值速率等能满足万物互联的实现。你能想象到把整个城市的医疗设备、家用电器和通信设备全部连接起来的场景么？你能想象到多个快递公司，几十万台分拣机器在工作的场景么？
　　3.超高可靠低时延通信（uRLLC）。最近无人驾驶技术的话题闹得沸沸扬扬，人民纷纷感叹以前不敢想象的科幻场景正在慢慢实现。当某个医学专家要操控远在上千公里的医疗设备进行手术时，他能做到快速、及时、安全、精确。如果没有5G的毫秒级端到端时延技术和接近100%的业务可靠性保证和支持，恐怕就会造成交通事故和医疗事故了。
　　三、5G的新核心技术
　　科学技术的高速发展，5G时代的来临，反过来加速了通信技术的进步。为了能对应对更复杂而苛刻的多重场景，科学家们研发了更多更可靠的5G核心技术。
　　1.大规模天线列阵技术。移动通信信号是依靠电磁波传输来实现的，电磁波在传输过程中容易受天气、环境等影响，使得信号虚弱衰减，从而导致通信质量下降。而大规模天线列阵技术解决了这一难题，即在基站端布置大量天线，为通信信号传输提供更多的通道，有效解决了信息削弱难题。大规模天线列阵技术，除了保证通信质量外还能大幅度提升网络容量和更多用户的体验，避免出现通信拥堵现象。
　　2.毫米波技术。毫米波指的是波长在1-10毫米，频率在30GHz-300GHz范围的电磁波，其中频率在6GHz以上的毫米波拥有丰富的带宽，是重点研究的波段，但也有缺点比如传输距离短、穿透差、易受天气影响等。而大规模天线列阵技术具有高增益、有自适应波束形成和波束控制能力，正好解决了这个毫米波的难题，可以它们是相辅相成技术。
　　3.超密集组网技术（UDN）。这项技术是通过搭建增加单位面积内宏基站和微基站来实现的。宏基站是那些覆盖距离较远、全向覆盖、发射功率较大的基站，常见于室外大基站；微基站是覆盖距离小、定向覆盖、发射功率小的基站。传统通信基站以宏基站为主，越来越无法满足日益增长的通信设备需求。但通过超密集组网技术，提升热点区域容量，以点面融合，减少盲区，全区域覆盖，立体化网络，解决信号差，提升通信质量。
　　4.网络切片技术。如果网络资源无法合理调配，无法解决供给弹性问题，会导致资源的利用率下降，影响通信体验，造成浪费。网络切片技术很好地解决了这个问题。网络切片顾名思义是根据对网络质量和能力的需求，将物理网络切成多张独立的专用网络，这些网络可以自由组合，从而满足不同用户需求。
　　结束语：5G将充分应用于航空航天、科学研究、人工智能、工业制造、医疗、教育、生物、娱乐等领域。它所带来的市场价值将超过百万亿以上，人类社会将因5G而进入全新的时代，5G未来可期，你做好准备了么。