什么是5G？
本章介绍了5G移动通信，描述了发展前几代和新一代移动通信系统的理由。它描述了先进的5G用例，eMBB，mMTC和URLLC。它还描述了用于开发新的5G / NR无线电接入技术的3GPP过程。
在过去的40年中，世界目睹了四代移动通信（见图1.1）的开发和应用。
图1.1不同代的移动通信技术
1980年左右出现的第一代移动通信基于模拟传输，主要技术是北美开发的AMPS（高级移动电话系统），NMT（北欧移动电话），由当时政府共同开发 - 北欧国家的受控公共电话网络运营商，以及在例如英国使用的TACS（全面接入通信系统）。基于第一代技术的移动通信系统仅限于语音服务，并且首次使普通人可以使用移动电话。
20世纪90年代初出现的第二代移动通信在无线电链路上引入了数字传输。尽管目标服务仍然是语音，但使用数字传输允许第二代移动通信系统也提供有限的数据服务。最初有几种不同的第二代技术，包括由大量欧洲国家联合开发的GSM（全球移动通信系统），D-AMPS（数字AMPS），在日本开发并在日本独家使用的PDC（个人数字蜂窝），并且，在稍后阶段开发了基于CDMA的IS-95技术。随着时间的推移，GSM从欧洲传播到世界其他地区，最终在第二代技术中占据主导地位。主要由于GSM的成功，第二代系统还将移动电话从仅被相对较小部分人使用的东西转变为普遍的通信工具，这是世界上绝大多数人口的生活必需部分。即使在今天，尽管后来引入了第三代和第四代技术，但在世界上有许多地方仍GSM主导，在某些情况下GSM甚至是唯一可用的移动通信技术。
第三代移动通信，通常被称为3G，于2000年初推出。借助3G，人类迈向高质量移动宽带的真正步骤，实现快速无线互联网接入。这特别是通过称为HSPA（高速分组接入）的3G演进实现的[21]。此外，虽然早期的移动通信技术全部设计用于基于频分双工（FDD）的成对频谱（网络到设备和设备到网络链路的单独频谱），但请参阅第7章，基于中国开发的基于时分双工（TDD）的TD-SCDMA技术，3G也首次引入了不成对频谱的移动通信。
我们知道现在移动通信的第四代（4G）技术已经存在了几年，以LTE技术为代表[28] 第四代移动通信技术已经遵循HSPA的步骤，提供更高的效率和进一步增强的移动宽带在可实现的更高最终用户数据速率方面的经验。这是通过基于OFDM的传输提供的，从而实现更宽的传输带宽和更先进的多天线技术。此外，虽然3G通过特定的无线电接入技术（TD-SCDMA）允许在不成对频谱中进行移动通信，但LTE支持FDD和TDD接入技术的操作，即在一个公共无线电网络中的成对和非成对频谱中的操作。通过LTE，世界已经融合到用于移动通信的单一全球技术中，基本上所有移动网络运营商都使用该技术并且适用于成对和不成对的频谱。正如第4章中更详细讨论的那样，LTE的后期演进也将移动通信网络的运行扩展到了未经许可频段的频谱。
让多个国家的技术规范和标准达成一致是移动通信成功的关键。这使得不同供应商的设备和基础设施的部署和互操作性以及使得设备和订阅服务能够在全球范围内运行。
如前所述，第一代NMT技术已经在多国基础上创建，允许设备和订阅服务在北欧国家之间的国界上运行。当GSM在CEPT内的许多欧洲国家联合开发，后来更名为ETSI（欧洲电信标准协会）时，移动通信技术的多国规范/标准化的下一步工作发生了。因此，GSM设备和订阅服务从一开始就能够在许多国家运营，覆盖了大量潜在的用户。这个庞大的共同市场对设备可用性产生了深远的影响，导致了前所未有的不同类型的设备数量，并大幅降低了设备成本。
然而，真正的全球移动通信标准化的最后一步来自3G技术的规范，特别是WCDMA。关于3G技术的工作最初也是在区域基础上进行的，即分别在欧洲（ETSI），北美（TIA，T1P1），日本（ARIB）等。然而，GSM的成功表明了其重要性。技术占用空间大，特别是在设备可用性和成本方面。同样清楚的是，虽然工作是在不同的区域标准组织内单独进行的，但所追求的基础技术有许多相似之处。对于欧洲和日本来说尤其如此，它们当时正在开发不同但非常相似的宽带CDMA（WCDMA）技术。
因此，1998年，不同的区域标准化组织聚集在一起，共同创建了第三代合作伙伴计划（3GPP），其任务是最终完成基于WCDMA的3G技术的发展。并行组织（3GPP2）稍后创建，其任务是开发作为第二代IS-95的演进替代的3G技术cdma2000。多年来，两个组织（3GPP和3GPP2）及其各自的3G技术（WCDMA和cdma2000）并行存在。然而，随着时间的推移，3GPP完全占据主导地位，尽管有其名称，但仍继续开发4G（LTE和5G）技术。如今，3GPP是开发移动通信技术协议规范的唯一重要组织。
关于第五代（5G）移动通信的讨论始于2012年左右。在许多讨论中，术语5G用于指代特定的新的5G无线电接入技术。然而，5G也经常在更广泛的背景下使用，不仅仅是指特定的无线电接入技术，而是指未来移动通信所设想的各种新服务。
在5G的背景下，人们经常谈论三种不同类型的用例：增强型移动宽带（eMBB），大规模机器类型通信（mMTC），以及超可靠和低延迟通信（URLLC）（另请参见图1.2）。
图1.2高级5G用例分类
•eMBB对应于当今移动宽带服务的或多或少的直接演进，实现更大的数据量和进一步增强的用户体验，例如，通过支持更高的最终用户数据速率。
•mMTC对应于以大量设备为特征的服务，例如，远程传感器，执行器和各种设备的监控。这些服务的关键要求包括非常低的设备成本和非常低的设备能耗，允许长达至少几年的非常长的设备电池寿命。通常，每个设备仅消耗并生成相对少量的数据，即，对高数据速率的支持不太重要。
•URLLC服务类型设想需要非常低的延迟和极高的可靠性。其示例是交通安全，自动控制和工厂自动化。
重要的是要理解，将5G用例分类为这三个不同的类是有些人为的，主要是为了简化技术规范要求的定义。将有许多用例不完全适合这些分类中的任何一个。例如，可能存在需要非常高可靠性的服务，但延迟要求并不是那么重要。类似地，可能存在需要非常低成本的设备的使用情况，但是设备电池寿命非常长的可能性可能不那么重要。
LTE技术规范的第一个版本于2009年推出。从那时起，LTE经历了几个演进步骤，提供增强的性能和扩展功能。其中包括增强移动宽带的功能，包括可实现更高可用终端用户数据速率的手段以及更高的频谱效率。但是，它还包括扩展可以应用LTE的用例集的重要步骤。特别是，为了实现具有超长电池寿命的真正低成本设备，已经有重要的协议演进步骤，符合大规模MTC应用的特性。最近还采取了一些重要步骤来减少LTE空中接口延迟。
通过这些最终的，正在进行的和未来的技术演进步骤，LTE的发展将能够支持为5G设想的各种用例。考虑到更普遍的观点，即5G不是特定的无线接入技术，而是由要支持的用例定义，因此LTE的演进应被视为整个5G无线接入解决方案的重要组成部分，请参阅图1.3。虽然不是本书的主要目的，但第4章提供了LTE演进当前状态的概述。
图1.3 LTE和NR的演进共同提供了整体5G无线接入解决方案
尽管LTE是一项非常强大的技术，但仍有一些需求LTE或其演进技术无法满足。此外，自LTE工作启动以来已经过去10多年的技术开发允许更先进的技术解决方案。为了满足这些要求并利用新技术的潜力，3GPP开始开发称为NR（新无线电）的新无线电接入技术。设定范围的研讨会于2015年秋季举行，技术工作于2016年春季开始。到2017年底，第一版NR协议规范可用于满足2018年早期5G部署的商业要求。
NR重用了LTE的许多结构和特征。然而，作为一种新的无线电接入技术意味着与LTE演进不同，NR不受保持向后兼容性的限制。对NR的要求也比LTE的要求更广泛，激发了一组不同的技术解决方案。
第2章讨论了与NR相关的标准化活动，然后是第3章中的频谱概述，以及第4章中LTE的简要概述及其演变。本书的主要部分（第5章至第19章）随后提供了深入的描述。 NR技术规范的现阶段，在第20章中对NR的未来发展展望进行了总结。
与NR并行，即新的5G无线接入技术，3GPP也正在开发一种新的5G核心网络，称为5GCN。 新的5G无线接入技术将连接到5GCN。 但是，5GCN也将能够为LTE的发展提供连接。 同时，当所谓的非独立模式于LTE一起运行时，5G NR也可以通过传统核心网络EPC连接，这一内容将在第6章中进一步讨论。
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