×新闻亮点5G会带来什么？艾丽卡·K 卡尔森高级技术作家工程6（2020）725自20世纪70年代末引入1G无线网络以来，大约每十年就会出现新一代无线网络技术[1]。现在，公司已经开始实施最新一代无线技术5G[2，3]。早期向下一代网络的过渡推动了蜂窝通信的发展，主要是通过加快服务速度和增加带宽。从4G到5G的飞跃有望带来更多。虽然5G也将大大改善移动宽带服务，但它还将为超越“更智能”智能手机的尖端应用提供一个关键平台‘‘5G ‘‘It is so much more com- prehensive than past虽然过去几代无线网络主要管理单个设备和中央网络之间的连接，但5G将允许大量设备相互连接和通信。这种设备到设备的通信对于实现自动驾驶汽车和“智能城市”等未来技术是这些以及潜在的许多其他强大应用将依赖于5G。但要让5G充分发挥其潜力，仍需要解决一些Rudell说，自动驾驶汽车的主要障碍不是5G技术挑战。在自动驾驶汽车广泛使用之前，需要做出许多政策决定。但一些5G应用的技术，例如那些使用以前未被无线网络使用的更高频率无线电波的技术，仍在开发中。根据代表移动网络运营商的行业组织全球移动通信系统协会（GSMA）发布的一份报告，5G技术可能在2024年至2034年期间为世界经济贡献2.2万亿美元国际电信联盟（ITU）是一个负责协调全球电信运营和服务的联合国机构，它定义了5G在三个主要用例方面应该具备的能力标准[5]。第一个也是大多数消费者和手机销售商关注的焦点是增强的移动宽带。根据国际电联的说法，5G移动宽带的峰值数据速率应该高达10Gb·s-1上传和20Gb·s-1下载[5]。这是七-现在智能手机上的速度比典型的4G速度快了几百倍;下载一部电影只需要几秒钟，而不是几分钟[1]。第二个用例是超可靠和低延迟通信（URLLC）。根据ITU，5G应该能够以小于1 10- 3 s的延迟或一个设备对另一个设备的响应滞后时间进行通信[5]。例如，自动驾驶汽车需要这种响应速度（图1）。Rudell说，为了确保安全驾驶，这些车辆需要在很短的通信滞后时间第三个用例是大规模机器类型通信（mMTC）。国际电联指出，5G网络应该能够在高密度的设备之间保持连接-每平方公里多达100万台设备或更多[5]。这种能力的应用将包括“智能城市”，其中遍布城市区域的无线启用的“物联网”设备收集可用于近实时优化资源使用的信息（图10）。 2）的情况。 除了克服潜在的隐私问题，这里的一个挑战将是Fig. 1. 自动驾驶汽车的安全使用，就像这辆正在美国加州洛斯阿尔托斯进行测试的Waymo（Mountain View，CA，USA）克莱斯勒太平洋混合动力小型货车，将取决于5G网络实现的极短延迟（1× 10- 3 s）的设备到设备通信，这将使此类无人驾驶汽车之间的协调成为可能。图片来源：Dllu，Wikimedia Commons（CC BY-SA 4.0）.https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.05.0122095-8099/©2020 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng---小行星726E.K. 卡尔森/工程部 6 （2020年）725由于在大量设备中不断更换电池可能被证明是不切实际的，因此设计尽可能少地消耗功率的独立式设备。为了实现预期的高速，5G将以比前几代更高的无线电波频率运行[1，6]。无线通信主要通过无线电波传输信息，无线电波的频率从3kHz到300 GHz，或波长从1 mm到约100 km[7，8]。然而，鲁德尔说，到目前为止，移动网络大多保持在这个范围的一小部分，使用大约一个或几个千兆赫的频率。这是因为无线电波的频率较低，因此波长较长，需要更大的电子设备，这使得它们对移动网络来说不切实际。另一方面，较高的频率会受到传输或路径损耗的影响[9，10]。当电磁波从发射天线传播到接收天线时，它们会失去功率密度，并且这种效应在更高的频率下会增加。对于移动网络，使用大约1到几千兆赫的频率是一个很好的折衷：频率足够高，发射器和接收器的电子设备可以很紧凑，但足够低，路径损耗是可管理的。5G将使用更高的频率，包括在电磁频谱的毫米波范围内的几十千兆赫的频率[1，11]。Rudell说，为了减轻路径损耗，5G网络将使用毫米波波束成形，它通过采用天线阵列来通过建设性干扰增强信号来克服路径损耗除了提高速度外，使用更高频率的另一个好处是5G避免了5 GHz以下频谱的拥挤部分。然而，这些更高的频率也使5G支持者与这些无线电波的其他用户发生冲突，特别是24 GHz频段的用户。气象学家表示担心，移动服务公司计划使用的部分频谱-24.25-24.45 GHz和24.75-25.25GHz-与用于跟踪和预测天气模式的重要无线电频率非常接近。大气中的水蒸气以23.8 GHz的频率发出微弱的辐射，气象学家在他们的模型中使用卫星对这种辐射的测量来预测天气和潜在的危险风暴。 地球上大量的设备在这个频率附近发射无线电波，可能会淹没水蒸气的微弱信号，使气象学家无法准确预报天气[11，12]。去年11月，国际电联在埃及沙姆沙伊赫召开2019年世界无线电通信大会时，这一潜在问题就被提上了议程[13，14]。在那里，代表们投票决定对无线网络的基站在24 GHz频段允许发射多少辐射施加33分贝瓦（dBW）的噪声限制。对于2027年9月1日之后安装的基站，该限制将降至39 dBW[15]。这些限制是否足以消除可能的水蒸气干扰问题还有待观察-两者都不如世界气象组织建议的55 dBW严格，以避免干扰气象卫星观测[12]。无论如何，向5G网络的过渡已经开始。“增强的移动宽带接入已经发生，”卡布里奇说。截至2020年2月，至少有34个国家的城市部署了一些5G（图3）[4，16]。根据GSMA 2020年3月的报告，到2025年，5G可能占全球网络连接的20%左右Cabric说，URLLC和mMTC的额外5G功能可能需要更多的行业和消费者的支持，才能在很大程度上得到利用。‘‘I feel that some of the delays will come not from the technologybeing so impossible to implement, but more from when图二. 南沙区位于中国南部的珠江三角洲和广东省的一部分，通过高速公路、火车和船只与广州、深圳、香港和澳门等邻近城市相连。 该地区的大部分已经建成，代表了一个新的城市发展模式，这是一个健康的图片来源：Wikimedia Commons（CC BY-SA 3.0 DE）。图三. 截至2020年2月，至少有34个国家的城市已经部署了一些5G[4]，包括2019年8月在德国卡尔斯鲁厄的一个蜂窝塔上进行的5G升级（3.5 GHz，频段n78）图片来源：Tomas Freres，维基共享资源（CC BY-SA 4.0）。接受它-人们意味着利益相关者会说，引用[1] 芬利湾5G的有线指南[互联网]。旧金山：连线; 2019年12月18日[引用2020年4月13日]。可从：https://www.wired.com/story/wired-guide-5g/获得。[2] 范·S中国刚刚推出了世界亚特兰大：CNN; 2019年11月1日[引用2020年4月13日]。可从：https://www.cnn.com/2019/11/01/tech/5g-china/index.html获取。[3] 芬利湾超高速5G [互联网]的缓慢推出。旧金山：连线; 2019年12月13日[引用2020年4月13日]。可从：https://www.wired.com/故事/慢推出超快5g/。[4] 移动经济2020（互联网）伦敦：GSM协会; 2020年3月[引用于2020年4月16日]。网址：https：www.gsma.com/mobileeconomy/。[5] 报告ITU-R M.2410-0：IMT-2020无线电接口技术性能相关的最低要求。日内瓦：国际电信联盟，无线电通信部门; 2017年11月28日[引用于2020年4月13日]。可从以下网址获得：https://www.itu.int/pub/R-REP-M 2410 -2017年。[6] 达菲角4G和5G之间的巨大差异。亚特兰大：CNN; 2020年1月17日[引用2020年4月 13 日 ] 。 可 查 阅 ： https://www.cnn.com/2020/01/17/tech/5g-technical-explainer/index.html。[7] 什么是无线电波？[互联网]。华盛顿特区：美国国家航空航天局; 2018年9月1日[引用于2020年4月13日]。可查阅：https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/outreach/funfacts/txt_radio_spectrum.html。E.K.卡尔森/工程6（2020）725-727727[8] 卢卡斯·J 什么是无线电波？[互联网]。纽约：Live Science; 2019年2月27日[引用于 2020 年 4 月 13 日 ] 。 可 查 阅 ： https://www.livescience.com/50399-radio-waves.html。[9] IEEE无线电波传播术语标准定义[互联网]。纽约：IEEE网络和传播协会; 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