5G地基本特點與關(guān)鍵技術(shù)

1、word5G的根本特點與關(guān)鍵技術(shù)第五代移動通信技術(shù)5G是目前移動通信技術(shù)開展 的最頂峰,也是人類希望不僅改變生活,更要改變社會的重 要力量.5G是在4G根底上,對于移動通信提由更高的要求,它 不僅在速度而且還在功耗、時延等多個方面有了全新的提 升.由此業(yè)務(wù)也會有巨大提升,互聯(lián)網(wǎng)的開展也將從移動互 聯(lián)網(wǎng)進入智能互聯(lián)網(wǎng)時代.5G的三大場景國際標(biāo)準化組織3GPP定義了 5G的三大場景.其中, eMBB指3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務(wù),mMTC指大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),URLLC指如無人駕駛、工業(yè)自動化等需要 低時延、高可靠連接的業(yè)務(wù).通過3GPP的三大場景定義我們可以看由,對于5G,世界通信業(yè)的普遍

2、看法是它不僅應(yīng)具備高速度,還應(yīng)滿足低時 延這樣更高的要求,盡管高速度依然是它的一個組成局部.從1G到4G,移動通信的核心是人與人之間的通信,個人的通信是移動通信的核心業(yè)務(wù).但是5G的通信不僅僅是人的1 / 11word通信,而且是物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化、無人駕駛等業(yè)務(wù)被引入, 通信從人與人之間通信,開始轉(zhuǎn)向人與物的通信,直至機器 與機器之間的通信.5G的三大場景顯然對通信提由了更高的要求,不僅要解決一直需要解決的速度問題,把更高的速率提供應(yīng)用戶；而 且對功耗、時延等提由了更高的要求,一些方面已經(jīng)完全超 出了我們對傳統(tǒng)通信的理解,把更多的應(yīng)用水平整合到5G中.這就對通信技術(shù)提由了更高要求.在這三大場

3、景下,5G具有6大根本特點.5G的六大根本特點高速度相對于4G, 5G要解決的第一個問題就是高速度.網(wǎng)絡(luò) 速度提升,用戶體驗與感受才會有較大提升,網(wǎng)絡(luò)才能面對 VR/超高清業(yè)務(wù)時不受限制,對網(wǎng)絡(luò)速度要求很高的業(yè)務(wù)才 能被廣泛推廣和使用.因此,5G第一個特點就定義了速度的 提升.其實和每一代通信技術(shù)一樣,確切說5G的速度到底是多少是很難的,一方面峰值速度和用戶的實際體驗速度不一 樣,不同的技術(shù)不同的時期速率也會不同.對于 5G的基站 峰值要求不低于20Gb/s,當(dāng)然這個速度是峰值速度,不是每2 / 11word一個用戶的體驗.隨著新技術(shù)使用,這個速度還有提升的空 問.這樣一個速度,意味著用戶可以

4、每秒鐘下載一部高清電 影,也可能支持 VR視頻.這樣的高速度給未來對速度有很 高要求的業(yè)務(wù)提供了時機和可能.泛在網(wǎng)隨著業(yè)務(wù)的開展,網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需要無所不包,廣泛存在. 只有這樣才能支持更加豐富的業(yè)務(wù),才能在復(fù)雜的場景上使 用.泛在網(wǎng)有兩個層面的含義.一是廣泛覆蓋,一是縱深覆 蓋.廣泛是指我們社會生活的各個地方,需要廣覆蓋,以前 高山峽谷就不一定需要網(wǎng)絡(luò)覆蓋,由于生活的人很少,但是 如果能覆蓋5G,可以大量部署傳感器,進展環(huán)境、空氣質(zhì)量 甚至地貌變化、地震的監(jiān)測,這就非常有價值.5G可以為更 多這類應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò).縱深是指我們生活中,雖然已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)部署,但是需要 進入更高品質(zhì)的深度覆蓋. 我們今天家中

5、已經(jīng)有了 4G網(wǎng)絡(luò), 但是家中的衛(wèi)生間可能網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不是太好,地下停車庫根本 沒信號,現(xiàn)在是可以承受的狀態(tài).5G的到來,可把以前網(wǎng)絡(luò) 品質(zhì)不好的衛(wèi)生間、地下停車庫等都用很好的5G網(wǎng)絡(luò)廣泛3 / 11word覆蓋.一定程度上,泛在網(wǎng)比高速度還重要,只是建一個少數(shù) 地方覆蓋、速度很高的網(wǎng)絡(luò),并不能保證5G的效勞與體驗,而泛在網(wǎng)才是5G體驗的一個根本保證. 在3GPP的三大場景 沒有講泛在網(wǎng),但是泛在的要求是隱含在所有場景中的.低功耗5G要支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,就必須要有功耗的要求. 這些年,可穿戴產(chǎn)品有一定開展,但是遇到很多瓶頸,最大 的瓶頸是體驗較差.以智能手表為例,每天充電,甚至不到 一天就需要

6、充電.所有物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品都需要通信與能源,雖然 今天通信可以通過多種手段實現(xiàn),但是能源的供應(yīng)只能靠電 池.通信過程假設(shè)消耗大量的能量,就很難讓物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品被 用戶廣泛承受.如果能把功耗降下來,讓大局部物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品一周充一次 電,甚或一個月充一次電,就能大大改善用戶體驗,促進物 聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的快速普與.eMTC基于LTE協(xié)議演進而來,為了更 加適合物與物之間的通信,也為了更低的本錢,對 LTE協(xié)議 進展了裁剪和優(yōu)化.eMTC基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)進展部署,其用戶 設(shè)備通過支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬,可以直接接入現(xiàn) 有的LTE網(wǎng)絡(luò).eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率. 而NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò),只消耗

7、大約180kHz的帶寬,可4 / 11word直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò),以降低部署 本錢、實現(xiàn)平滑升級.NB-IoT其實基于 GSM網(wǎng)絡(luò)和UMTS網(wǎng)絡(luò)就可以進展部 署,它不需要和5G的核心技術(shù)那樣需重新建設(shè)網(wǎng)絡(luò),但是, 雖然它部署在 GSM和UMTS的網(wǎng)絡(luò)上,還是一個重新建設(shè)的 網(wǎng)絡(luò),而它的水平是大大降低功耗,也是為了滿足5G對于低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的需要,和eMTC一樣,是5G網(wǎng)絡(luò)體系的一個組成局部.低時延5G的一個新場景是無人駕駛、工業(yè)自動化的高可靠連 接.人與人之間進展信息交流,140毫秒的時延是可以承受的,但是如果這個時延用于無人駕駛、工業(yè)自動化就無法承 受.5G

8、對于時延的最低要求是 1毫秒,甚至更低.這就對網(wǎng) 絡(luò)提由嚴酷的要求.而 5G是這些新領(lǐng)域應(yīng)用的必然要求.無人駕駛汽車,需要中央限制中央和汽車進展互聯(lián),車 與車之間也？?進展互聯(lián),在高速度行動中,一個制動,需要 瞬間把信息送到車上做由反響,100毫秒左右的時間,車就會沖由幾十米,這就需要在最短的時延中, 把信息送到車上, 進展制動與車控反響.無人駕駛飛機更是如此.如數(shù)百架無人駕駛編隊飛行,5 / 11word極小的偏差就會導(dǎo)致碰撞和事故,這就需要在極小的時延 中,把信息傳遞給飛行中的無人駕駛飛機.工業(yè)自動化過程 中,一個機械臂的操作,如果要做到極精細化,保證工作的 高品質(zhì)與精準性,也是需要極小的

9、時延,最與時地做由反響. 這些特征,在傳統(tǒng)的人與人通信,甚至人與機器通信時,要 求都不那么高,由于人的反響是較慢的,也不需要機器那么 高的效率與精細化.而無論是無人駕駛飛機、無人駕駛汽車 還是工業(yè)自動化,都是高速度運行,還需要在高速中保證與 時信息傳遞和與時反響,這就對時延提由了極高要求.頻譜共享：用共享頻譜和非授權(quán)頻譜,可將 5G擴展到多個 維度,實現(xiàn)更大容量、使用更多頻譜、支持新的部署場景.這不僅將使擁有授權(quán)頻譜的移動運營商受益,而且會為沒有 授權(quán)頻譜的廠商創(chuàng)造時機,如有線運營商、企業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)垂 直行業(yè),使他們能夠充分利用5G NR技術(shù).5G NR原生地支持所有頻譜類型,并通過前向兼容靈活

10、地利用全新的頻譜共 享模式.先進的信道編碼設(shè)計：目前 LTE網(wǎng)絡(luò)的編碼還缺乏以應(yīng) 對未來的數(shù)據(jù)傳輸需求,因此迫切需要一種更高效的信道編 碼設(shè)計,以提升數(shù)據(jù)傳輸速率,并利用更大的編碼信息塊契 合移動寬帶流量配置,同時,還要繼續(xù)提升現(xiàn)有信道編碼技 術(shù)如LTE Turbd的性能極限.LDPC的傳輸效率遠超 LTETurbo,且易平行化的解碼設(shè)計,能以低復(fù)雜度和低時延,擴6 / 11word展到達更高的傳輸速率.超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)5G網(wǎng)絡(luò)是一個超復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),在 2G時代,幾萬個基站 就可以做全國的網(wǎng)絡(luò)覆蓋, 但是到了 4G中國的網(wǎng)絡(luò)超過 500 萬個.而5G需要做到每平方公里支持 100萬個設(shè)備,這個 網(wǎng)

11、絡(luò)必須非常密集,需要大量的小基站來進展支撐.同樣一 個網(wǎng)絡(luò)中,不同的終端需要不同的速率、功耗,也會使用不 同的頻率,對于 QoS的要求也不同.這樣的情況下,網(wǎng)絡(luò)很 容易造成相互之間的干擾.5G網(wǎng)絡(luò)需要采用一系列舉措來保 障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)、各種節(jié)點間的協(xié)調(diào) 方案、網(wǎng)絡(luò)的選擇以與節(jié)能配置方法等.在超密集？W絡(luò)中,密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增, 小區(qū)形狀也不規(guī)如此,用戶可能會頻繁復(fù)雜地切換.為了滿 足移動性需求,這就需要新的切換算法.總之,一個復(fù)雜的、密集的、異構(gòu)的、大容量的、多用 戶的網(wǎng)絡(luò),需要平衡、保持穩(wěn)定、減少干擾,這需要不斷完 善算法來解決這些問題.網(wǎng)絡(luò)的自組織自組織的網(wǎng)

12、絡(luò)是5G的重要技術(shù),這就是網(wǎng)絡(luò)部署階段 的自規(guī)劃和自配置；網(wǎng)絡(luò)維護階段的自優(yōu)化和自愈合.自配7 / 11word置即新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配置可實現(xiàn)即插即用,具有低本錢、安 裝簡易等優(yōu)點.自規(guī)劃的目的是動態(tài)進展網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行, 同時滿足系統(tǒng)的容量擴展、業(yè)務(wù)監(jiān)測或優(yōu)化結(jié)果等方面的需 求.自愈合指系統(tǒng)能自動檢測問題、定位問題和排除故障, 大大減少維護本錢并預(yù)防對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗的影響.SON技術(shù)應(yīng)用于移動通信網(wǎng)絡(luò)時,其優(yōu)勢表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)效 率和維護方面,同時減少了運營商的支生和運營本錢投入. 由于現(xiàn)有的SON技術(shù)都是從各自網(wǎng)絡(luò)的角度由發(fā),自部署、自配置、自優(yōu)化和自愈合等操作具有獨立性和封閉性, 在多網(wǎng)絡(luò)之間

13、缺乏協(xié)作.網(wǎng)絡(luò)切片就是把運營商的物理網(wǎng)絡(luò)切分成多個虛擬網(wǎng)絡(luò),每個網(wǎng) 絡(luò)適應(yīng)不同的效勞需求,這可以通過時延、帶寬、平安性、 可靠性來劃分不同的網(wǎng)絡(luò),以適應(yīng)不同的場景.通過網(wǎng)絡(luò)切 片技術(shù)在一個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分由多個邏輯網(wǎng)絡(luò),從而 預(yù)防了為每一個效勞建設(shè)一個專用的物理網(wǎng)絡(luò),這樣可以大 大節(jié)省部署的本錢.在同一個5G網(wǎng)絡(luò)上,通過技術(shù)電信運營商會把網(wǎng)絡(luò)切 片為智能交通、無人機、智慧醫(yī)療、智能家居以與工業(yè)限制 等多個不同的網(wǎng)絡(luò),將其開放給不同的運營者,這樣一個切 片的網(wǎng)絡(luò)在帶寬、可靠性水平上也有不同的保證,計費體系、8 / 11word治理體系也不同.在切片的網(wǎng)絡(luò)中,各個業(yè)務(wù)提供商,不是 如4G一樣,

14、都使用一樣的網(wǎng)絡(luò)、一樣的效勞.很多水平變 得不可控.5G切片網(wǎng)絡(luò),可以向用戶提供不一樣的網(wǎng)絡(luò)、不同的治理、不同的效勞、不同的計費,讓業(yè)務(wù)提供者更好地 使用5G網(wǎng)絡(luò).內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在5G網(wǎng)絡(luò)中,會存在大量復(fù)雜業(yè)務(wù),尤其是一些音頻、 視頻業(yè)務(wù)大量由現(xiàn),某些業(yè)務(wù)會由現(xiàn)瞬時爆炸性的增長,這 會影響用戶的體驗與感受.這就需要對網(wǎng)絡(luò)進展改造,讓網(wǎng) 絡(luò)適應(yīng)內(nèi)容爆發(fā)性增長的需要.內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的層次,即智能虛 擬網(wǎng)絡(luò).CDN系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負載情況以與用戶距離等信息,通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理效勞器上、實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息,使得網(wǎng)絡(luò)擁塞 狀況得以緩解,縮短響應(yīng)時

15、間,提升響應(yīng)速度.源效勞器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個代理效勞器,便于用戶 從就近的帶寬充足的代理效勞器上獲取內(nèi)容,降低網(wǎng)絡(luò)時延 并提升用戶體驗.CDN技術(shù)的優(yōu)勢正是為用戶快速地提供信 息效勞,同時有助于解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題.CDN技術(shù)成為5G必備的關(guān)鍵技術(shù)之一.9 / 11word設(shè)備到設(shè)備通信這是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù).設(shè) 備到設(shè)備通信D2D會話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進展傳輸, 不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā),而相關(guān)的限制信令,如會話的建立、 維持、無線資源分配以與計費、鑒權(quán)、識別、移動性治理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負責(zé). 蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入D2D通信,可以減輕基 站負擔(dān),降低端到端的傳輸時延,提升頻譜效率,降低

16、終端 發(fā)射功率.當(dāng)無線通信根底設(shè)施損壞,或者在無線網(wǎng)絡(luò)的覆 蓋盲區(qū),終端可借助 D2D實現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng) 絡(luò).在5G網(wǎng)絡(luò)中,既可以在授權(quán)頻段部署 D2D通信,也可 在非授權(quán)頻段部署.邊緣計算在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè),采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、 應(yīng)用核心水平為一體的開放平臺,就近提供最近端效勞.具 應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起,產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)效勞響應(yīng),滿足行 業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、平安與隱私保護等方面的根本需 求.5G要實現(xiàn)低時延,如果數(shù)據(jù)都是要到云端和效勞器中進 展計算機和存儲,再把指令發(fā)給終端,就無法實現(xiàn)低時延. 邊緣計算是要在基站上即建立計算和存儲水平,在最短時間 完成計算,發(fā)生指令.軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化10 / 11wordSDN架構(gòu)的核心特點是開放性、靈活性和可編程性.它 主要分為三層：根底設(shè)施層位于網(wǎng)絡(luò)最底層,包括大量根底 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,該層根據(jù)限制層下發(fā)的規(guī)如此處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； 中間層為限制層,該層主要負責(zé)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的資源進展編 排,限