5G不僅涉及光纖、無線甚至衛星通訊網路相互整合，還將利用軟體定義網路(SDN )、網路功能虛擬化(NFV)、移動邊緣計算(MEC)和霧計算(Fog Computing)等技術，未來5G網路可提供10Gbps的終端使用者下載速率，比今天的網速要快100倍，這種極致的終端使用者體驗，就好像是在使用固定光纖網路一樣。本教學分不同的章節，介紹了5G技術及其應用領域，面臨的挑戰等。
無線技術已經快速及多向發展，在20世紀80年代推出的模擬蜂窩系統。此後，數位無線通訊系統一貫的使命是滿足人類(1G，...4G或5G現在)的不斷增長的需求。

因此，本文將介紹5G技術，強調它的顯著特徵，工藝設計(結構)，優點，缺點，挑戰和未來的應用範圍。

5G突出特點

第5代行動網路或是即將到來5G行動通訊技術的革命。 它的特點和可用性是遠遠超過正常的人的期望。憑藉超高速，它是可以改變蜂窩電話的可用性的意義。

隨著一個巨大的創新功能陣列，智慧手機會更加接近於膝上型電腦。 可以使用寬頻網際網路連線; 這吸引人們顯著的特點是更多的遊戲選擇，更廣泛的多媒體選項，連線無處不在，零延遲，更快的響應時間，以及高品質的聲音；高清視訊可以轉移其它手機而不會有音訊和視訊的品質降低。

如果我們回頭看，我們會發現，每一個未來十年，都有一代一代技術在推進在移動領域。從第一代（1G）在20世紀80年代開始，第二代（2G）在20世紀90年代，第三代（3G）在2000年，第四代（4G）在2010年，現在第五代（5G），我們正在實現越來越複雜和更智慧的技術。
 

5G 技術是什麼?

5G技術有望提供一種新的頻帶，每個頻率通道有較寬的光譜頻寬（比先前的寬得多）。截至目前，前一代移動技術已經體現在大幅提高峰值位元率。那麼- 5G與前一個（尤其是4G）有什麼不同？答案是 — 它不僅提出5G增加的位元率不同於4G，5G也有許多先進方面 -

• 高增加峰值位元率
• 每單位面積較大的資料量（即高系統的頻譜效率）
• 高容量，並同時瞬間讓更多的裝置連線
• 低電池消耗
• 更好的連線，不分地區
• 支援的裝置數量較多
• 基礎設施建設的成本更低
• 通訊可靠性更高

正如研究人員說，以廣泛的頻寬廣播頻道， 它能夠支援的速度高達10 Gbps的5G WiFi技術將提供連續且一致的覆蓋 − “真正意義上在更大範圍流動。”
 

5G的架構是非常先進的，它的網路元素和各種終端的特有升級。同樣地，服務提供商可以實現先進的技術能夠輕鬆地提供增值服務。

然而，可升級是基於感知無線電技術其包括各種功能，如裝置，以確定其地理位置的能力以及天氣，溫度等。認知無線電技術作為一個收發器（波束），其感覺上可以捕捉，並在其操作環境響應無線電信號。此外，及時區分的環境變化，從而作出相應的反應，以提供不間斷的優質的服務。

5G體系結構

如示於下述影象，5G的系統模型是完全基於IP的模型設計的無線和行動網路。

該系統包括一個主使用者終端，若干獨立和自主的無線電接入技術。 每個無線電技術被認為是IP鏈路對外部網際網路世界。IP技術專門設計來確保IP資料包的適當路由與某個應用程式的連線，即控制資料用戶端應用程式和伺服器的某處在網際網路上之間的對談。 此外，為了使資料包的存取的路由應固定在根據使用者的給定的策略（如下面給出的影象中）。

掌握核心技術

如圖中圖5中，5G MasterCore 匯聚節點為其他技術，它自己現有無線對網路的影響。有趣的是，它的設計有利於MasterCore獲得操作成並行多模包括所有IP網路模式和5G網路模式。在這種模式下（如下面給出的影象中），它控制RAN和不同的接入網（DAT）的所有網路技術。 因為，該技術相容並管理所有的新部署（基於5G） 它是更有效，更簡單和更強大。

出人意料的是，任何服務模式可以在5G新的部署模式為世界聯合服務模式（WCSM）下開啟。WCSM是這種技術的一個奇妙的功能; 例如，一個教授寫白板在一個國家 – 它可以在世界上除了對談和視訊之外，任何其它部分可以顯示在另一個白板。 此外，一個新的服務可以容易地通過並行多模服務加入。

5G開發/發布時間

正常情況下，預計開發5G技術和實施的時間為5年左右，從現在到2020年左右。但要成為老百姓並在發展中國家廣泛使用，它可能需要更久。

圖1 - 顯示所有前代技術的時間軸

預期的時間長度

通過考慮多種工具和各種時髦突出特點，研究人員預計，5G這一技術將會使用到2140年。
 

5G應用範圍

5G技術有著許多與眾不同的特點，這為廣泛的人們適用而不需要考慮他們的目的(如圖中MWEB影象)。

5G應用範圍

一些顯著應用是 -

• 這將使全球統一所有標準。

• 網路的可用性將無處不在，方便人們隨時隨地使用移動裝置和計算機。

• 由於IPv6技術，存取移動IP地址將被指定為每個連線的網路和地理位置。

• 它的應用將讓世界實現真正的無線網路連線區域。

• 無線電技術將促進不同版本的無線技術來高效地共用同一頻譜。

• 它的應用將有助於人們也可以利用無線電信號在更高的海拔。

5G的先進性

5G的應用相當於夢想成就。它整合超出了以前技術的臨界高階的功能。

5G的高階功能

相較於先前的無線電技術，5G具有以下先進性 −

• 可以利用超級速度，即1到10 Gbps
• 延時將會是1毫秒(端到端往返)
• 每單位面積的1000倍頻寬
• 可行性連線10至100數量的裝置
• 全球覆蓋
• 減少約90%的網路能耗
• 電池的壽命會更長
• 整個世界都將在無線區域中

5G優點和缺點

第5代技術提供了各種各樣的功能，這有利於所有人，包括：學生，專業人士(醫生，工程師，教師，管理機構，管理機構等)，即使是普通人。

5G重要的優點

5G技術有許多優勢，一些優點已經示出在上述愛立信影象，以及許多其他的如下面描述 −

• 高解析度和雙向通訊高頻寬

• 技術聚集所有網路在一個平台上

• 更加有效和高效

• 技術方便使用者行動迅速的監控工具

• 提供一個巨大的廣播資料(在千兆位)，這將支援超過 60000 連線

• 易於管理與之前幾代技術

• 技術音效支援異構服務(包括專用網路)

• 可提供均勻的，不間斷的，並且在世界各地一致的連線。

5G技術的缺點

雖然，5G技術的研究和概念上解決了移動世界上所有無線電信號的問題和困難，因為在大多數的地理區域的一些安全原因和缺乏技術進步，它也有以下不足之處 −

• 技術尚在研究過程，其可行性怎麼樣還在研究

• 進度，這項技術似乎很難實現(在將來，它可能是)，因為在世界大部分地區無技術支撐
  

• 許多老的裝置將無法勝任到5G，因此，它們都需要更換成新的 - 成本較高

• 發展基礎設施需要較高的成本

• 安全和隱私問題尚未解決
   

5G面臨的挑戰

面臨的挑戰是新發展的內在組成部分; 所以類似其它技術，5G也有巨大挑戰。正如我們看到過去的無線技術的發展，我們發現發展也是非常快的。開始從1G到5G，僅僅是40年左右(考慮到1G在20世紀80年代，5G在21世紀20年代)。在這個征途上，觀察到的共同挑戰是缺乏基礎設施，研究方法和成本。

不過，也有幾十家使用2G和3G技術的國家，甚至不知道4G， 在這樣的條件下，在大家的心中最顯著的問題是 −

• 5G在多大程度上是可行的？

• 會不會一些發達國家或發展中國家的技術也將得到這個好處？

為了理解這些問題，5G的挑戰分為以下兩個標題 -

• 技術面臨的挑戰
• 共同的挑戰

技術面臨的挑戰

• 蜂窩干擾 − 這是需要解決的主要的技術問題之一。 變化的傳統巨集蜂窩和並行小單元格，這將導致干擾的大小。
  

• 高效媒介存取控制 − 在這種情況，其中密集部署接入點和使用者終端的要求，使用者的吞吐量會低，延遲就會高，那麼熱點不會勝任蜂窩技術，以提供高的吞吐量。它需要被適當地研究，以優化技術。

• 流量管理 − 相較於傳統的人到人通訊在蜂窩網路中，大量對機器(M2M)裝置的電池可能會造成嚴重的系統的挑戰，即無線電接入網路(RAN)的挑戰，這將導致過載和阻塞。

共同的挑戰

• 多個服務−不像其他的無線信號服務，5G將有一個巨大的任務，提供不同種類的網路，技術和裝置在不同的地理區域作業業務。因此，面臨的挑戰是標準化，提供動態的，通用的，以使用者為中心，及其資料豐富的無線服務，以滿足人們的高期望。
  

• 基礎設施 − 研究人員所面臨的標準化和使用5G服務的技術挑戰。

• 通訊，導航和遙感−這些服務在很大程度上依賴於無線電頻譜的可用性，通過該信號被傳輸。雖然5G技術具有很強的計算能力來處理從不同的來源的大量的資料，但它需要較大的基礎設施支援。

• 安全和隱私−5G需要確保個人資料保護是最重要的挑戰之一。5G必須定義相關的安全威脅包括信託，隱私，網路安全，越來越多的不確定性。

• 網路法律的法規−網路犯罪及其其他欺詐行為也可能會增加以高速和無處不在的5G技術。因此，網路法律的立法也是當務之急的問題，這在很大程度上是政府和政治(國家和國際問題)的性質。

5G未來適用範圍

一些研究和討論是在世界各地的技術專家，研究人員，學者，廠商，運營商，以及有關創新，執行，生存能力和5G的安全問題政府之間。

至於建議，裝載多個高階功能的超高速網際網路服務開始平穩無處不在的服務，5G將解除開許多問題。然而，問題是：有一種情況，以前的技術(4G及其3G)在許多地方仍未被啟動; 5G的未來呢？

第5代技術，旨在提供令人難以置信的和卓越的資料處理能力，不受阻礙的呼叫量，及其不可估量的資料最新的行動作業系統中廣播。因此，它是更智慧技術，這將相互連線的整個世界上沒有限制。同樣，我們的世界可普遍並不間斷的存取資訊，通訊和娛樂，開啟我們的生活一個新的層面，並切實改變我們的生活方式。

此外，政府和監管機構可以使用該技術作為一個機會來良好治理，並能創造健康的環境，這肯定會讓政府鼓勵5G(下一代技術)的持續投資。