5G之路：下一代蜂窝通信的主要特点和所需的主要技术

导言

在过去的20年中，手机已实现了爆炸式增长，成为我们日常生活中的一个重要部分。至始至终，ARM都是手机的核心部分，在支持日益复杂功能的同时一直致力于通过行业领先的低功耗来延长电池寿命。

智能手机的复杂性尚未得到充分的认识，通常而言，智能手机都拥有10个以上基于ARM的处理器，负责处理触屏、感应处理器、定位、照相、图形、应用程序等功能以及不断增长的大量连接功能，如Wi-Fi、蓝牙和LTE。

随着无线通信行业为下一代移动宽带设备的标准化而升级，即实现所谓的"5G"， 本白皮书将探讨这对于技术、挑战和使用案例来说意味着什么。我们将重点关注基于ARM Cortex-R8的实时处理器将如何为我们带来多兆比特（multi-Gigabit）的新产品，同时仍以低功耗作为设计核心。

快速移动宽带革命

随着移动宽带的持续变革，我们看到新的使用案例正不断涌现。5G的出现将继续推动一直处于联网状态且相互连接的世界，同时反过来改变人类同世界交互的方式。同多兆比特服务一样，5G也承诺支持低吞吐量、能量受限的设备或所谓的"Massive Machine-Type Communications" (mMTC)。我们看到如今LTE中出现了MTC，其标准包括LTE Cat-0和NB-IOT，这两个标准都保证为5G奠定基础。

谈及5G，人们脑海中首先想到的就是移动设备。如今智能手机的体验已经够复杂的了，那么随着5G的来临，手机又有什么不一样的地方呢？如今讨论5G标准的一些提议大多围绕网络效率，主要关注如何处理移动数据的绝对值和需求。千兆位级服务将允许消费者在近乎瞬间内完成数字化内容下载，而超低延时连接可使诸如VR 和AR服务、新型的汽车应用皆成为可能。

在传统手机之外，我们将5G视为一个重要技术，能够促成更多的额外服务。5G将让远程医疗变成现实，允许内科医生和医疗保健工作者通过连接5G的设备远程管理病人，这是普及医疗保健和身心健康的真正机会。

低碳经济可能是未来十年内实现发达世界的最大挑战之一。高效可靠无线互联网的广泛利用将有助于实现低碳经济，因为这可以保证效率并促成更高程度的控制和融合。从管理智能街道照明、远程排放监控、公共交通到公共信息，5G将为我们的日常生活带来无限可能。就连5G网络体系结构本身也要求降低功耗，这同时可为移动运营商降低运营成本，并极大地降低碳排放。

5G不仅仅能够在家里家外，还能在开车时为我们带来全新体验。5G被视为"超越移动互联网"的技术。其高性能和低延迟的特点，使其能够以传统4G/WiFi服务难以企及的方式进行推广。互联汽车或自动驾驶被视为非常需要高可靠、低延迟无线连接的重要领域，用于例如安全和防碰撞。

使下一代设备成为可能

频谱是一个宝贵的资源，而过去十年间随着移动业务需求量的激增，对无线电频谱的需求也随之增长。以前我们认为无线电频谱分为"块"或"媒介物"，可以应用于不同领域，例如电视、Wi-Fi、蓝牙或手机。监管者，例如美国的联邦通信委员会（FCC）和英国的通信管理局（OFCOM））按区域分配频谱以用于不同领域。

在手机出现的早期就相对简单，分配几块频谱（通常以拍卖的方式进行）以提供主要以语音为基础的服务，这从其本质上而言只会消耗很少量的频谱。在过去十年内，随着智能手机的出现，这一情形不复存在，而且频谱越来越多地被用于移动宽带业务。一般而言，提供给用户的吞吐量越高，为此服务而使用的频谱也越多。如果你也将这一数字乘以用户数，你很快就会发现移动数据供不应求，而传统意义上的频谱分配没有跟上这一变化。

认识到这一点之后，我们整个行业要如何跟上变化、提供移动宽带体验，而这对未来十年的手机技术挑战又意味着什么呢？

外加先进无线技术的载波聚合（称为MIMO）被用于帮助缓解压力并提供更高效的服务。从3G系统到LTE，我们看到数据速率不断增加，尽管这部分成果来源于更复杂的调制和MIMO技术，但是吞吐量的增加主要受益于载波聚合的进步，使得更高效利用碎片式频谱成为现实。

授权频段是频谱的一部分，其使用也存在特定的局限性；例如：某块频谱可能仅限于手机业务使用并分配给某个特定的手机运营商。授权频段的优势在于运营商可以完全控制该部分的频谱，这样就可以管理服务质量并提供相应的服务。授权频段的局限性在于其是一种始终宝贵的资源，无法满足移动数据不断增长的需求，无法满足快速增长的用户群体的要求。为了克服这个局限性，运营商越来越关注他们如何可以将未授权频段和既有的授权频段服务结合起来。我们越来越多地看到将未授权频段纳入到载波聚合，这样设备可以同时使用授权频段（