1.2 第五代移动通信（5G）

业界关于第五代移动通信系统的讨论开始于2012年。在许多讨论中，术语“5G”用于指代特定的第五代无线通信技术。但是，5G还经常在更广泛的环境中使用，除了通信技术之外，还常用于指代下一代移动通信能够提供的各种新型服务。

在本书中，5G主要是指由3GPP制定的、面向第五代移动通信系统的无线通信技术。

1.2.1 5G应用场景

2015年9月，国际电信联盟（ITU）发布了ITU-R M.2083《IMT愿景：5G架构和总体目标》，正式明确了5G的愿景是“万物互联”。

在该愿景之下，5G主要包括三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、低时延高可靠通信（URLLC）、海量机器类通信（mMTC）。

●eMBB对应于移动宽带服务的增强，如通过支持更高的用户数据速率来传输更大的数据量并进一步增强用户体验。

●URLLC服务要求非常低的时延和极高的可靠性，如交通安全、自动控制和智能工厂。一般认为，这是对系统性能要求最严格的场景。

●mMTC对应以海量设备为特征的服务，如远程传感器、设备监控等。此类服务的关键要求包括非常低的设备成本、非常低的设备能耗、广覆盖，但对数据速率往往没有更高的要求。

目前，以上三大场景分类已被业界广泛使用。但需要指出的是，将5G应用场景分为这三类是人为的设定，其主要目的是简化技术标准的制定。实际上，现实社会中有许多用例并不能完全匹配以上场景。例如可能有一些服务需要非常高的可靠性，但是对于时延的要求并不高。同样，在某些场景下，设备的成本可能非常低，但对设备电池寿命的要求就没有那么高。

从更广义的角度来看，前四代移动通信主要还是面向人与人之间的通信。而5G的应用场景则被赋予了更丰富的内涵，得到了极大的扩展。eMBB主要面向人与人之间的通信（当前移动宽带服务的增强），URLLC主要面向人与物之间的通信（如远程控制等人机交互），mMTC主要面向物与物之间的通信（如物联网设备间的通信）。人与人、人与物、物与物，三大场景的结合，共同支撑起5G“万物互联”的愿景。

1.2.2 LTE向5G的演进

LTE第一版技术标准（3GPP Rel-8）于2009年完成。从3GPP Rel-9开始，LTE经历了持续的演进，用于进行系统的增强和功能的扩展，包括实现更高的用户体验速率以及更高效的频谱应用、更高的频谱效率。此外，LTE也进一步扩展了应用场景，包括实现更低成本的设备以及更长的电池使用寿命，这方面的典型演进包括窄带物联网（NB-IoT）以及基于LTE的增强型机器通信（eMTC）。

通过这些演进，LTE可进一步支持5G的部分场景，如通过NB-IoT的演进支持mMTC的部分用例。因此，LTE演进也被视为5G方案的一部分。LTE演进和5G新空口（NR）共同组成了5G无线通信解决方案。

当然，业界一般认为5G技术的主体部分仍是NR，即5G愿景主要基于5G NR实现。5G NR也是本书介绍的重点。

1.2.3 5G NR与5GC

LTE的标准与产业在全球范围内取得了巨大的成功。但LTE的最初版本3GPP Rel-8推出距今已有十余年的时间。为了满足更广泛的业务需求，同时更好地发挥新技术的潜力，3GPP启动了5G NR的研究与标准制定工作。

2015年9月，3GPP就面向5G NR的潜在技术与工作路标展开正式讨论。相关技术研究工作于2016年春季开始。NR第一版标准（3GPP Rel-15）于2018年中正式完成，以满足5G早期商用部署的需求。NR第二版标准（3GPP Rel-16）于2020年完成，以实现对更广泛应用场景的支持。

显然，5G NR的设计与标准化是一项浩大的工程，搭建5G NR不可能也不必从零开始。实际上，5G NR也在很大程度上以4G LTE为基础，并充分引入潜在的先进技术。从技术层面，NR重用了LTE的许多架构与特性。但是，作为一种新的无线接入技术，与LTE演进不同，NR并不受后向兼容性的限制，对NR的要求也比LTE更广泛、更高，从而使得更多、更深层次的技术创新成为可能。

与NR标准制定工作并行，3GPP也在研究并实现5GC的标准定义，即新的5G核心网。NR将可连接到5GC，同时，5GC也能够为LTE演进提供连接。当在所谓的非独立组网模式（NSA）下与LTE一起组网时，NR也可实现与4G核心网（EPC）的连接。

NR与5GC均是5G网络的重要组成部分，并将在本书中做详细的介绍。