5G

  此條目介紹的是新一代流動通訊技術。關於WiFi標準，請見「IEEE 802.11ac」。

5G

3GPP標準的5G標誌
規範發佈	2019年4月 (2019-04)
使用於	電信

第五代流動通訊技術（英語：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems，簡稱5G）是最新一代流動通訊技術，為4G（LTE-A、WiMAX-A）系統後的延伸。5G的效能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模裝置連接。Release-15中的5G規範的第一階段是為了適應早期的商業部署。Release-16的第二階段於2020年4月完成，作為IMT-2020技術的候選提交給國際電信聯盟（ITU）。

ITU IMT-2020規範要求速度高達20 Gbit/s，可以實現寬通道頻寬和大容量MIMO。第三代合作夥伴計劃（3GPP）將提交5G NR（新無線電）作為其5G通訊標準提案。5G NR可包括低頻（FR1），低於6 GHz和更高頻率（FR2），高於24 GHz和毫米波範圍。在早期發展時，在4G硬件（非獨立）上使用5G NR軟件的速度和延遲相較新一代4G系統只擁有約25％到50％的改善振幅。獨立eMBB部署的仿真顯示，在FR1範圍內，吞吐量提高了2.5倍，在FR2範圍內提高了近20倍。

中國是全球最大的5G市場。根據中國工信部數據，截至2021年10月，全國5G基站數量已經突破100萬個，佔全球總數的70%以上，覆蓋了全國所有的地級市、95%以上的縣區及35%的鄉鎮。

目前，提供5G無線硬件與系統給電訊供應商的公司有：諾基亞、愛立信、三星、高通、思科、華為、中興、大唐電信。

概述

支援5G通訊格式的智能手機

與早期的2G、3G和4G流動網絡一樣，5G網絡是數碼訊號蜂巢式網絡，在這種網絡中，供應商覆蓋的服務區域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區域。表示聲音和圖像的模擬訊號在手機中被數碼化，由模數轉換器轉換並作為位元流傳輸。蜂窩中的所有5G無線裝置通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動收發器（發射機和接收機）進行通訊。收發器從公共頻率池分配頻道，這些頻道在地理上分離的蜂窩中可以重複使用。本地天線通過高頻寬光纖或無線回程連接與電話網絡和互聯網連接。與現有的手機一樣，當用戶從一個蜂窩移動到另一個蜂窩時，他們的流動裝置將自動「切換」到新蜂窩中的頻道。

5G網絡的主要優勢在於，數據傳輸速率遠遠高於以前的蜂巢式網絡，最高可達10 Gbit/s，比先前的4G LTE蜂巢式網絡快100倍。另一個優點是較低的網絡延遲（更快的響應時間），在同等條件下 5G 的延遲低於1毫秒，而4G為30-70毫秒。由於數據傳輸更快更便利，5G網絡將不僅僅為手機提供服務，而且還將成為一般性的家庭和辦公網絡提供商，與有線網絡提供商競爭。以前的蜂巢式網絡提供了適用於手機的低數據率互聯網接入，但是一個手機發射塔不能經濟地提供足夠的頻寬作為家用電腦的一般互聯網供應商。

5G網絡通過在30至300 GHz的毫米波波段內或附近，使用更高頻率的無線電波來實現這些更高的數據速率，而以前的蜂巢式網絡使用700 MHz和3 GHz之間的微波頻帶中的頻率。一些5G供應商將使用微波頻段中的第二個低頻範圍，低於6 GHz，但這不會有新頻率的高速度。由於毫米波頻段的頻寬更為豐富，5G網絡將使用更寬的頻道與無線裝置進行通訊，頻寬最高可達800 MHz，而4G LTE的頻寬為20 MHz，可以每秒傳輸更多數據（位元）。OFDM調制技術是利用多個載波在頻率頻道中進行傳輸，從而同時並列地傳輸多個位元的資訊。

2020年4月，中國移動工程隊在珠穆朗瑪峰上建造5G基站

大氣中的氣體會吸收毫米波，且毫米波比微波輻射的範圍小，因此每個分區可達範圍會有所限制；例如以前的蜂巢式網絡的分區可能橫跨數公里，但5G分區大約只有一個街區的大小。電磁波也很難穿過建築物的牆壁，需要多個天線來覆蓋一個蜂窩。毫米波天線比以前的蜂巢式網絡中使用的大型天線要小，只有幾英寸長，所以5G蜂窩將被安裝在電話杆和建築物上的許多天線覆蓋，而不是一個基站塔或基站。另一種用來提高數據傳輸速率的技術是大規模MIMO技術。每個蜂窩將有多個天線與無線裝置進行通訊，每個天線通過一個獨立的頻道，由裝置中的多個天線接收，這樣多個數據流將同時並列傳輸。在一種稱為波束賦形的技術中，基站電腦將不斷計算無線電波到達每個無線裝置的最佳路徑，並將組織多個天線以相控陣(亦稱「相位陣列」)的形式協同工作，產生到達裝置的毫米波束。更小、更多的蜂窩使得5G網絡基礎設施比以前的蜂巢式網絡每平方千米覆蓋更昂貴。部署目前僅限於都市地區，那裏每個手機都有足夠的用戶來提供足夠的投資回報，而且人們對這項技術是否能夠到達偏鄉區域存在疑問。

新的5G無線裝置也具有4G LTE功能，因為新的網絡使用4G與蜂窩建立連接，此外在5G無法到達的地方也會使用4G。

5G的高數據傳輸速率和低延遲被認為在不久的將來會有新的用途。一種應用是實際的虛擬現實和擴張實境。另一種應用是物聯網中快速的機器對機器的互動。例如，道路上車輛中的電腦可以通過5G連續不斷地相互通訊，也可以連續不斷地與道路通訊。

規格

下一代流動網絡聯盟（Next Generation Mobile Networks Alliance）定義了5G網絡的以下要求：

• 以10Gbps的數據傳輸速率支援數萬用戶；
• 以1Gbps的數據傳輸速率同時提供給在同一樓辦公的許多人員；
• 支援數十萬的並發連接以用於支援大規模傳感器網絡的部署；
• 頻譜效率應當相比4G被顯著增強；
• 覆蓋率比4G有所提高；
• 信令效率應得到加強；
• 延遲應顯著低於LTE。

下一代流動網絡聯盟認為，5G應會在2020年陸續推出，以滿足企業和消費者的需求。除了簡單的提供更快的速度，他們預測5G網絡還需要滿足新的使用案例需求，如物聯網（網絡裝置建築物或Web存取的車輛）、廣播類服務，以及在發生自然災害時的生命線通訊。

基站及覆蓋範圍

基站類型	部署環境	用戶數量	輸出功率（mW）	最遠覆蓋範圍
Femto cell	家用, 商用等私人領域	4 - 8 (家用), 16 - 32 (商用)	10 - 100(戶外), 200 - 1000(戶外)	數10米
Pico cell	大型購物商場, 摩天大樓等室內公共區域	64 - 128	100 - 250 (戶外), 1000 - 5000 (戶外)	數10米
Micro cell	機場, 鐵路車站，十字路口等人流量較大處	128 - 256	5000 - 10000 (僅限戶外)	100餘米
Macro cell	展覽會場、體育場館、演唱會現場等超高度密集區	超出 250	10000 - 20000 (僅限戶外)	數100米
Wi-Fi (對比)	家用, 商用	低於 50	20 - 100 (戶外), 0.2 - 1000 (戶外)	數10米~100米(戶外)

技術創新

5G與4G相比的技術創新如下：

• 5G將採用512-QAM或1024-QAM更高的資料壓縮密度調制/解調制器，目前4G使用256-QAM或64-QAM的調制以壓縮傳輸資料，因此頻譜效率每Mbps/100MHz的利用效率更高，提高更多傳輸速率。
• 5G將採用28GHz毫米波通訊，比如目前4G使用700MHz、900MHz、1800Mhz、2600Mhz等低頻段，雖然電波繞射能力比較高但是在低頻上頻譜資源就卻相當有限，在高頻的毫米波大多是軍用戰鬥機雷達或測速照相等少數裝置，頻譜寬度更高，而且更容易找到連續頻譜，使空白頻譜非常容易取得。
• 波束指向配合多輸入多輸出（Multi-input Multi-output；MIMO）相控陣列天線，MIMO多輸入多輸出利用電磁波的空分複用和路徑不同多天線系統提高傳輸速率，類似在軍用領域的技術將延伸出的商用技術版本。
• 波束自適應和波束成形，能夠提高特定方向的波瓣優化傳輸距離。
• 新材料將使用GaN氮化鎵或是GaAs砷化鎵材料的RF射頻天線和功率放大器，此材料的RF射頻天線能在更高的頻段有更高的能源效率，裝置會比較省電。
• 為了適應工業物聯網、無人駕駛汽車、商用無人機等新技術的應用，網絡延遲時間將降低到1毫秒以下。

部署

主條目：全球5G商用網絡列表

由於5G技術將可能使用的頻譜是28GHz及60GHz，屬極高頻（EHF），比一般電訊業現行使用的頻譜（如2.6GHz）高出許多。雖然5G能提供極快的傳輸速度，能達到4G網絡的40倍，而且時延很低，但訊號的繞射能力（即繞過障礙物的能力）十分有限，且傳送距離很短，這便需要增建更多基站以增加覆蓋。

華為在2013年11月6日宣佈將在2018年前投資6億美元對5G的技術進行研發與創新，並預告在2020年用戶會享受到20Gbps的商用5G流動網絡。2014年5月8日，日本電信營運商NTT DoCoMo正式宣佈將與Ericsson、Nokia、三星等六間廠商共同合作，開始測試凌駕現有4G網絡1000倍網絡承載能力的高速5G網絡，傳輸速度可望提升至10Gbps。預計在2015年展開戶外測試，並期望於2020年開始運作。

2013年5月13日，韓國三星電子宣佈，已成功開發出第5代流動通訊（5G）的核心晶片，這一技術預計將於2020年開始推向商業化。該晶片技術可在28GHz超高頻段以每秒1Gb以上的速度傳送數據，且最長傳送距離可達2公里。與韓國目前4G技術的傳送速度相比，5G技術要快數百倍。透過這一技術，下載一部1GB的高清（HD）電影只需十秒鐘。2015年諾基亞與加拿大Wind Mobile通訊營運商成功測試5G。在2018年冬季奧運期間，韓國推出了5G試驗網絡，計劃於2020年實行大規模商用。2016年8月3日，澳洲電信宣佈將於2018年在黃金海岸進行5G試驗。

華為2016年4月份宣佈率先完成中國IMT-2020（5G）推進組第一階段的空口關鍵技術驗證測試，在5G頻道編碼領域全部使用極化碼，2016年11月17日國際無線標準化機構3GPP第87次會議在美國拉斯維加斯召開，中國華為主推Polar Code（極化碼）方案，美國高通主推LDPC方案，法國主推Turbo2.0方案，最終eMBB場景的控制頻道方案由極化碼勝出，eMBB場景的數據頻道方案由LDPC勝出。

2016年高通公司發表全球首個5G基帶晶片X50，驍龍X50 5G調制解調器使用28GHz毫米波通訊，下行速率達到5Gbps為目前最快的量產形晶片X16使用在S835處理器的1Gbps的5倍之多，X50基帶可能在2018年初量產。高通進一步的解釋是，利用毫米波波長短的特點，形成狹窄的定向波束，發送和接收更多能量，從而克服傳播/路徑損耗的問題並在空間中重複使用。此外，在視距路徑受阻時，非視距（NLOS）路徑（如附近建築的反射）能有大量能量以提供替代路徑。按照高通的規劃，驍龍X50 5G平台將包括調制解調器、SDR051毫米波收發器和支援性的PMX50電源管理晶片。

2019年手機晶片廠商聯發科在世界流動通訊大會(MWC 2019)，展示該公司第一款 5G 數據機晶片M70的傳輸速度，目前正與客戶緊密合作，預期 2020 年市場上將推出搭載聯發科技晶片的 5G 終端裝置。

2019年4月3日，韓國於當地時間（UTC+9）23時啟動5G網絡服務並成為第一個5G國家。三家韓國電訊公司（SK Telecom，KT和LG Uplus）在發佈當天表示使用5G網絡的用戶已超過40,000。

2020年4月30日，全球海拔最高，位於珠穆朗瑪峰海拔6500米的前進營地的5G基站投入使用。

2020年7月28日，德國電信證實，其5G服務目前已覆蓋德國全國3000個城鎮和直轄市，已有近3萬個5G 天線投入使用。

部分已商用的國家或地區

以下列表按時間排序

• 南韓（2018年12月1日面向企業用戶，首批運營商為SK電訊、KT、LG U+，2019年4月3日面向個人消費者）
• 美國（2019年4月3日，首個運營商為Verizon)
• 瑞士（2019年4月17日，首個運營商為瑞士電信Swisscom AG）
• 英國（2019年5月30日，首個運營商為EE）
• 阿聯酋（2019年5月30日，首個運營商為阿聯酋電信）
• 意大利（2019年6月5日，首個運營商為沃達豐Vodafone)
• 西班牙（2019年6月15日，首個運營商為沃達豐Vodafone）
• 科威特（2019年6月15日，首批運營商為VIVA、ZAIN、Ooredoo）
• 摩納哥（2019年7月9日，首個運營商為摩納哥電信，亦為全球首個5G全覆蓋的國家）
• 德國（2019年7月14日，首批運營商為德國電信）
• 中國（2019年10月1日，中國移動、中國電信、中國聯通）
  • 中國香港（2020年4月1日，3香港、CSL、中國移動香港、1010、2020年5月26日SmarTone）
  • 中國台灣（2020年6月30日中華電信、2020年7月1日台灣大哥大、2020年7月3日遠傳電信、2020年8月4日臺灣之星、2020年10月22日亞太電信）
• 日本（2020年3月25日 NTTDoCoMo、2020年3月26日 au(KDDI)、2020年3月27日 Softbank、2020年9月30日樂天行動）
• 新加坡（2020年8月17日星和電信、2020年9月1日新加坡電信）

爭議

健康問題

自2019年以來，一些團體以「健康問題」為由，反對部署5G。最終未有證據說服監管機構或專業協會（如：美國國家癌症研究所）或證明5G對人體有害。

實際需求

華為創始人任正非在2018年4月接受新華社採訪時表示：「科學技術的超前研究不代表社會需求已經產生，5G就是媒體炒作過熱了，我不認為現在5G有這麼大的市場空間，因為需求沒有完全產生。如果說無人駕駛需要5G，現在能有幾台車在無人駕駛？其實輪船、飛機等已經實現了無人駕駛，但是如果飛行員不上飛機，乘客敢上飛機嗎？就是這個道理。系統工程不是有一個喇叭口就能解決的問題。」

網易創始人丁磊在2019年兩會期間表示：「我不認為5G的高速會對目前的媒體平台有重大的改變，全世界都一樣……它只是個速度的增加而已，其實你現在手機速度也夠快了，不管是WIFI、4G，都差不多夠快了。我覺得（日常使用）基本上完全可以滿足。」

干擾衛星通訊

由於5G和部分衛星通訊同樣會使用C波段，加上地面上的5G訊號強度要明顯高於衛星訊號，可能導致5G訊號干擾衛星訊號的情況。針對這一情況，市面上已有面向衛星用戶的濾波器，可減少5G訊號帶來的干擾。

傳訊距離

3G和4G傳訊距離皆比5G能來的更遠，由於5G高頻譜的關係，讓訊號繞過障礙物的能力不如3G和4G，但如果更密集式的架設5G網絡，可以減緩這傳送範圍小的問題，原本3G和4G網絡可以距離較遠的架設基站，但由於5G網絡傳送範圍小，需更密集架設基站。