什么是5G？5G技术和网络速度、使用场景及部署

什么是5G？

5G技术是一个突破。下一代电信网络（第五代或 5G）已开始冲击市场，并将继续在全球范围内扩展。除了速度提升之外，该技术有望释放一个庞大的 5G IoT（物联网）生态系统，其中网络可以满足数十亿连接设备的通信需求，并在速度、延迟和成本之间做出正确的权衡。如果你考虑 5G 必须提供的功能，这是有道理的。



5G技术由8个规范要求推动：

• 高达 10Gbps 的数据速率 - > 4G 和 4.5G 网络的速度提高了 10 到 100 倍
• 1 毫秒的延迟
• 每单位面积 1000 倍带宽
• 每单位面积的连接设备数量高达 100 倍（与 4G LTE 相比）
• 99.99% 可用性（4个9标准）
• 100% 覆盖
• 网络能源使用量减少 90%
• 低功耗物联网设备的电池寿命长达 10 年

5G有多快？

5G 速度最高可达每秒 10 Gbps。5G是比4G要快10到100倍的速度。是什么让 5G 更快？根据通信原理，频率越短，带宽越大。

5G 网络使用更短的频率（30GHz 和 300GHz 之间的毫米波）是 5G 可以更快的原因。这种高频段5G 频谱不仅在速度方面提供了预期的提升，而且在容量、低延迟和质量方面也提供了预期的提升。但是，5G 下载速度可能因地区而异。

根据美国《财富》杂志 2020 年 2 月号，2019 年第三季度/第四季度的平均 5G 速度测量范围为：

• 拉斯维加斯：220Mbps/秒
• 纽约：350Mbps/秒
• 洛杉矶：380Mbps/秒
• 达拉斯：450Mbps/秒
• 芝加哥：550Mbps/秒

什么是5G低延迟？

5G 技术提供了极低的延迟率， 即发送和接收信息之间的延迟。从 4G 的 200 毫秒，下降到5G 的1 毫秒(1ms)。考虑一下。一毫秒是一秒的 1/1000。人类对视觉刺激的平均反应时间为 250 毫秒或 1/4 秒。通过适当的培训，人们的上限约为 190-200 毫秒。现在想象一下，你的汽车反应速度比你快 250 倍。

想象一下，它还可以对数百个传入信息做出响应，并且还可以在几毫秒内将其反应反馈给其他车辆和道路信号。以 100 公里/小时的速度行驶时，你踩刹车前的反应距离约为30米。以 1 毫秒的反应时间，汽车只会滚动一英寸多一点（不到 3 厘米）。

与低延迟相关的用例是：

• V2X（Vehicle-to-Everything）通信：V2V：（Vehicle-to-Vehicle）、V2I（Vehicle-to-Infrastructure）、自动驾驶、 联网汽车
• 虚拟现实游戏（5G 将把 VR 带给社会）
• 远程外科手术（又名远程手术）
• 同声传译

换句话说，5G 和物联网完美的结合在一起。那么，让我们看看是什么让 5G 与 4G 如此不同。

5G 与 4G 有什么区别？

与当今的 4G 和 4.5G（又名 LTE Advanced、LTE-A、LTE+ 或 4G+）相比，主要的演进在于除了数据速度提升之外，新的物联网和关键通信用例将需要更高水平的性能提升。例如，低延迟为使用云服务提供实时交互性：这是汽车自动驾驶成功的关键。

5G 与 4G 的对比也意味着至少连接了 x100 台设备。5G 必须能够在0.386 平方英里或 1 公里2 范围内支持 100 万台设备。此外，低功耗使连接的对象无需人工协助即可运行数月或数年。

与当前的物联网服务需要权衡性能以充分利用当前无线技术（3G、4G、Wi-Fi、蓝牙、Zigbee 等）不同，5G 网络的设计旨在为大规模物联网带来所需的性能水平。它将实现一个感知到的无处不在的互联世界。简而言之，这就是它具有变革性的原因。

5G 和前几代移动设备

在过去的四年中，手机比任何其他技术都更悄无声息地永远改变了我们的生活。你还记得你有多喜欢你的 2G 诺基亚 3310 吗？

• 1G第一代电信网络（1979），让我们畅所欲言，随心而动
• 2G数字网络（1991 年）让我们可以发送消息和旅行（提供漫游服务）
• 3G（1998）带来更好的移动互联网体验
• 3.5G带来真正的移动互联网体验，释放移动应用生态
• 4G (2008) 网络带来了全 IP 服务（语音和数据），一种快速的宽带互联网体验，具有统一的网络架构和协议
• 4G LTE （长期演进），从 2009 年开始，数据速度翻了一番
• 5G网络将宽带无线服务从移动互联网扩展到物联网和关键通信领域

针对每个用例量身定制的虚拟网络。5G 将支持来自低功耗局域网 (LAN) 的所有通信需求，例如广域网 (WAN) 等家庭网络，并具有规范的延迟/速度设置。如今，通过聚合各种通信网络（Wi-Fi、Z-Wave、LoRa、3G、4G 等）来满足这一需求。

5G更智能

5G 旨在允许简单的虚拟网络配置，以更好地使网络成本与应用需求保持一致。这种新方法将使 5G 移动网络运营商通过为低频段、低功耗应用提供具有成本效益的解决方案，从而在物联网市场上分得更大的一块蛋糕。

什么是真正的 5G 用例？

每一代新一代无线网络都带有一组新的新用途。下一个即将到来的 5G 也不例外，将专注于物联网和关键通信应用。在时间表方面，随着时间的推移，我们可以提到以下用例：

• 固定无线接入（2018-2019年起）
• 具有 4G 回退的增强型移动宽带（2019-2020-2021）
• 大规模 M2M/物联网（2021-2022 年）
• 超低延迟物联网关键通信（2024-2025）

一些关键应用程序（如自动驾驶汽车）需要非常激进的延迟（快速响应时间），而它们不需要快速的数据速率。相反，具有海量数据分析的企业云基础服务将需要速度改进而不是延迟改进。

为了达到 1 毫秒的延迟目标，5G 网络意味着使用光纤连接基站。5G 网络计划在成本节约方面支持虚拟网络，例如用于低成本物联网的低功耗、低吞吐量 (LPLT) 网络。不像今天LORA网络解决需要与 4G 分开的问题。

5G对消费者意味着什么？

对消费者而言，5G 不仅意味着更快的移动互联网，还意味着比你今天看到的更多的对象的互联网连接。在 5G 网络的支持下，汽车和房屋是即将到来的大型物联网革命的两个例子。

5G和卫星有什么关系？

5G 卫星通信——直接从天空到设备——将很快成为现实。事实上，除了地面移动 5G 网络之外，新一代卫星将带来机载 5G 功能，以确保 5G 对地球的全面覆盖。具体而言，借助天基系统，5G 将提供更高的可访问性、可靠性和弹性，以及广播和多播功能。

我们期望 5G 支持广泛的应用（例如农业、物流、公共安全），以便世界上的每个人都可以连接。Thales Alenia Space与航天和手机制造商一起支持 3GPP 开发解决方案的努力，这些解决方案包含与移动运营商 5G 网络完全集成的单一全球天基网络的愿景。

2021 年初，某家 5G 商业服务提供商韩国电信的子公司韩国运营商 KT SAT 领导了一次 5G 卫星演示，使用地球同步韩国卫星 5A 电信卫星为偏远地区提供 5G 网络。最近， Hellas Sat 在希腊成功进行了 5G 演示：它包括通过 Hellas Sat 3 / Inmarsat S EAN 卫星回程 5G 核心网络和 5G gNB 之间的连接。

5G技术安全吗？

4G 网络使用 USIM 应用程序在用户及其连接的设备和网络之间执行强相互身份验证。承载 USIM 应用程序的实体可以是可移动 SIM 卡或嵌入式 UICC 芯片。这种强大的相互身份验证对于启用可信服务至关重要。今天，安全解决方案已经是边缘（设备）安全和核心（网络）安全的混合体。

未来几种安全框架可能共存，5G 很可能会重新使用目前用于 4G 网络和云的现有解决方案（SE、HSM、认证、无线配置和 KMS）。5G 网络强相互认证标准于 2018 年最终确定。随着物联网服务影响的增加，对5G 安全、隐私和信任的需求将与 4G 一样强烈，甚至更强烈。


设备中的本地 SE 可以保护网络访问并支持安全服务，例如紧急呼叫管理和虚拟物联网网络。5G 连接有望通过在几乎所有地方提供网络连接来打破传统的数据传输范式。新的商机推动了动态数据安全要求，包括网络透明度、低延迟、高带宽、交付的一致性和完整的互操作性。

为了适应这种新的数据传输范式，5G 基础设施的建设正在进行中。旧的、更传统的动态数据安全方法不再是满足这些多样化 5G 要求的可行解决方案。此外，这些较旧的技术无法应对当今的可审计合规性挑战和不久的将来的量子威胁挑战。

安全性、性能、互操作性和可审计的合规性只是需要立即关注的5G 挑战中的一小部分。需要一种更智能的动态数据安全解决方案，以适应各种 5G 用例。

5G 将如何推动依赖蜂窝而非 Wi-Fi 技术的物联网设备的商业化？

Wi-Fi 无线是一种“局域网”技术，工作范围有限，速度和延迟也非常有限。许多物联网服务要求更普遍、更多移动性、更高速度和响应时间方面的性能。5G 将真正释放一个真正的物联网生态系统。

5G 网络用例将如何改变世界？

由于 5G，对速度、瞬时响应时间和物联网性能的“感知”将成为现实。例如，只有在 5G 网络可用时，自动驾驶汽车才能取得预期的成功。