5G的基本特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

可編輯版可編輯版完善格式5G的根本特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)第五代移動(dòng)通信技術(shù)〔5G〕是目前移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)展的最頂峰，也是人類期望不僅轉(zhuǎn)變生活，更要轉(zhuǎn)變社會(huì)的重要力氣。5G是在4G根底上，對(duì)于移動(dòng)通信提出更高的要求，它不僅在速度而且還在功耗、時(shí)延等多個(gè)方面有了全的提升。由此業(yè)務(wù)也會(huì)有巨大提升，互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展也將從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入智能互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。5G的三大場景3GPP5G的三大場景。其中，eMBB指3D/超高清視頻等大流量移動(dòng)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(dòng)化等需要低時(shí)延、高牢靠連接的業(yè)務(wù)。通過3GPP的三大場景定義我們可以看出，對(duì)于5G，世界通信業(yè)的普遍看法是它不僅應(yīng)具備高速度，還應(yīng)滿足低時(shí)延這樣更高的要求，盡管高速度照舊是它的一個(gè)組成局部。從1G到4G，移動(dòng)通信的核心是人與人之間的通信，個(gè)人的通信是移動(dòng)通信的核心業(yè)務(wù)。但是5G的通信不僅僅是人的通信從人與人之間通信，開頭轉(zhuǎn)向人與物的通信，直至機(jī)器與機(jī)器之間的通信。5G決始終需要解決的速度問題，把更高的速率供給應(yīng)用戶；而且對(duì)功耗、時(shí)延等提出了更高的要求，一些方面已經(jīng)完全超出了我們對(duì)傳統(tǒng)通信的理解，把更多的應(yīng)用力氣整合到5G中。這就對(duì)通信技術(shù)提出了更高要求。在這三大場景下，5G6大根本特點(diǎn)。5G的六大根本特點(diǎn)高速度相對(duì)于4G，5G要解決的第一個(gè)問題就是高速度。網(wǎng)絡(luò)速度提升，用戶體驗(yàn)與感受才會(huì)有較大提高，網(wǎng)絡(luò)才能面對(duì)VR/超高清業(yè)務(wù)時(shí)不受限制，對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度要求很高的業(yè)務(wù)才5G第一個(gè)特點(diǎn)就定義了速度的提升。其實(shí)和每一代通信技術(shù)一樣，精準(zhǔn)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(shí)際體驗(yàn)速度不一樣，不同的技術(shù)不同的時(shí)期速率也會(huì)不同。對(duì)于5G的基站峰值要求不低于20Gb/s，固然這個(gè)速度是峰值速度，不是每一個(gè)用戶的體驗(yàn)。隨著技術(shù)使用，這個(gè)速度還有提升的空間。這樣一個(gè)速度，意味著用戶可以每秒鐘下載一部高清電影，也可能支持VR視頻。這樣的高速度給將來對(duì)速度有很高要求的業(yè)務(wù)供給了時(shí)機(jī)和可能。泛在網(wǎng)隨著業(yè)務(wù)的進(jìn)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)，才能在簡潔的場景上使用。泛在網(wǎng)有兩個(gè)層面的含義。一是廣泛掩蓋，一是縱深覆蓋。廣泛是指我們社會(huì)生活的各個(gè)地方，需要廣掩蓋，以前高山峽谷就不愿定需要網(wǎng)絡(luò)掩蓋，由于生活的人很少，但是假設(shè)能掩蓋5G5G可以為更多這類應(yīng)用供給網(wǎng)絡(luò)?？v深是指我們生活中，雖然已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)部署，但是需要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5G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)廣泛掩蓋。確定程度上，泛在網(wǎng)比高速度還重要，只是建一個(gè)少數(shù)5G的效勞與體驗(yàn)，而泛在網(wǎng)才是5G3GPP的三大場景沒有講泛在網(wǎng)，但是泛在的要求是隱含在全部場景中的。低功耗要支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，就必需要有功耗的要求。這些年，可穿戴產(chǎn)品有確定進(jìn)展，但是遇到很多瓶頸，最大的瓶頸是體驗(yàn)較差。以智能手表為例，每天充電，甚至不到一天就需要充電。全部物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品都需要通信與能源，雖然今日通信可以通過多種手段實(shí)現(xiàn)，但是能源的供給只能靠電池。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。假設(shè)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(gè)月充一次電，就能大大改善用戶體驗(yàn)，促進(jìn)物eMTC基于LTE加適合物與物之間的通信，也為了更低的本錢，對(duì)LTE協(xié)議進(jìn)展了裁剪和優(yōu)化。eMTC基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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)LTE網(wǎng)絡(luò)。eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署本錢、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IoT其實(shí)基于GSM網(wǎng)絡(luò)和UMTS網(wǎng)絡(luò)就可以進(jìn)展部署，它不需要和5G的核心技術(shù)那樣需重建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，但是，雖然它部署在GSM和UMTS，而它的力氣是大大降低功耗，也是為了滿足5G對(duì)于低功eMTC5G網(wǎng)絡(luò)體低時(shí)延人與人之間進(jìn)展信息溝通，140毫秒的時(shí)延是可以承受的，但是假設(shè)這個(gè)時(shí)延用于無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化就無法承受。5G對(duì)于時(shí)延的最低要求是15G是這些領(lǐng)域應(yīng)用的必定要求。無人駕駛汽車，需要中心把握中心和汽車進(jìn)展互聯(lián)，車與車之間也??進(jìn)展互聯(lián)，在高速度行動(dòng)中，一個(gè)制動(dòng)，需要瞬間把信息送到車上做出反響，100毫秒左右的時(shí)間，車就進(jìn)展制動(dòng)與車控反響。無人駕駛飛機(jī)更是如此。如數(shù)百架無人駕駛編隊(duì)飛行，微小的偏差就會(huì)導(dǎo)致碰撞和事故，這就需要在微小的時(shí)延中，把信息傳遞給飛行中的無人駕駛飛機(jī)。工業(yè)自動(dòng)化過程中，一個(gè)機(jī)械臂的操作，假設(shè)要做到極精細(xì)化，保證工作的高品質(zhì)與精準(zhǔn)性，也是需要微小的時(shí)延，最準(zhǔn)時(shí)地做出反響。這些特征，在傳統(tǒng)的人與人通信，甚至人與機(jī)器通信時(shí)，要求都不那么高，由于人的反響是較慢的，也不需要機(jī)器那么高的效率與精細(xì)化。而無論是無人駕駛飛機(jī)、無人駕駛汽車還是工業(yè)自動(dòng)化，都是高速度運(yùn)行，還需要在高速中保證準(zhǔn)時(shí)信息傳遞和準(zhǔn)時(shí)反響，這就對(duì)時(shí)延提出了極高要求。頻譜共享：用共享頻譜和非授權(quán)頻譜，可將5G擴(kuò)展到多個(gè)維度，實(shí)現(xiàn)更大容量、使用更多頻譜、支持的部署場景。這不僅將使擁有授權(quán)頻譜的移動(dòng)運(yùn)營商受益，而且會(huì)為沒有授權(quán)頻譜的廠商制造時(shí)機(jī)，如有線運(yùn)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5GNR技術(shù)。5GNR原生地支持全部頻譜類型，并通過前向兼容靈敏地利用全的頻譜共享模式。先進(jìn)的信道編碼設(shè)計(jì)：目前LTE網(wǎng)絡(luò)的編碼還缺乏以應(yīng)對(duì)將來的數(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(jì)，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并利用更大的編碼信息塊契合移動(dòng)寬帶流量配置，同時(shí)，還要連續(xù)提高現(xiàn)有信道編碼技術(shù)〔LTETurbo〕的性能極限。LDPC的傳輸效率遠(yuǎn)超LTETurbo展到達(dá)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(gè)超簡潔的網(wǎng)絡(luò)，在2G時(shí)代，幾萬個(gè)基站4G中國的網(wǎng)絡(luò)超過5005G需要做到每平方公里支持100萬個(gè)設(shè)備，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)必需格外密集，需要大量的小基站來進(jìn)展支撐。同樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，不同的終端需要不同的速率、功耗，也會(huì)使用不同的頻率，對(duì)于QoS的要求也不同。這樣的狀況下，網(wǎng)絡(luò)很5G網(wǎng)絡(luò)需要承受一系列措施來保障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)、各種節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)方案、網(wǎng)絡(luò)的選擇以及節(jié)能配置方法等。在超密集?W小區(qū)外形也不規(guī)章，用戶可能會(huì)頻繁簡潔地切換。為了滿足移動(dòng)性需求，這就需要的切換算法?？傊?，一個(gè)簡潔的、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、削減干擾，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)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(hù)階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置即增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置可實(shí)現(xiàn)即插即用，具有低本錢、安裝簡易等優(yōu)點(diǎn)。自規(guī)劃的目的是動(dòng)態(tài)進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，同時(shí)滿足系統(tǒng)的容量擴(kuò)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(dòng)檢測問題、定位問題和排解故障，大大削減維護(hù)本錢并避開對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)的影響。SON技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其優(yōu)勢表達(dá)在網(wǎng)絡(luò)效率和維護(hù)方面，同時(shí)削減了運(yùn)營商的支出和運(yùn)營本錢投入。由于現(xiàn)有的SON自配置、自優(yōu)化和自愈合等操作具有獨(dú)立性和封閉性，在多網(wǎng)絡(luò)之間缺乏協(xié)作。網(wǎng)絡(luò)切片就是把運(yùn)營商的物理網(wǎng)絡(luò)切分成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同的效勞需求，這可以通過時(shí)延、帶寬、安全性、牢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(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個(gè)規(guī)律網(wǎng)絡(luò)，從而避開了為每一個(gè)效勞建設(shè)一個(gè)專用的物理網(wǎng)絡(luò)，這樣可以大大節(jié)約部署的本錢。在同一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)上，通過技術(shù)電信運(yùn)營商會(huì)把網(wǎng)絡(luò)切片為智能交通、無人機(jī)、才智醫(yī)療、智能家居以及工業(yè)把握等多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，將其開放給不同的運(yùn)營者，這樣一個(gè)切治理體系也不同。在切片的網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)業(yè)務(wù)供給商，不是如4G一樣，都使用一樣的網(wǎng)絡(luò)、一樣的效勞。很多力氣變得5G的治理、不同的效勞、不同的計(jì)費(fèi)，讓業(yè)務(wù)供給者更好地使5G網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在5G視頻業(yè)務(wù)大量消滅，某些業(yè)務(wù)會(huì)消滅瞬時(shí)爆炸性的增長，這會(huì)影響用戶的體驗(yàn)與感受。這就需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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)中添加的層次，即智能虛CDNCDN代理效勞器上、實(shí)現(xiàn)用戶就近獵取所需的信息，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高響應(yīng)速度。源效勞器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個(gè)代理效勞器，便于用戶從就近的帶寬充分的代理效勞器上獵取內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延息效勞，同時(shí)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。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)〔D2D〕會(huì)話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進(jìn)展傳輸，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，而相關(guān)的把握信令，如會(huì)話的建立、維持、無線資源安排以及計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)、識(shí)別、移動(dòng)性治理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入D2D站負(fù)擔(dān)，降低端到端的傳輸時(shí)延，提升頻譜效率，降低終端放射功率。當(dāng)無線通信根底設(shè)施損壞，或者在無線網(wǎng)絡(luò)的掩蓋盲區(qū)，終端可借助D2D實(shí)現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。在5GD2D授權(quán)頻段部署。邊緣計(jì)算在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，承受網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心力氣為一體的開放平臺(tái)，就近供給最近端效勞。其應(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(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的根本需5G計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)，再把指令發(fā)給終端，就無法實(shí)現(xiàn)低時(shí)延。邊緣計(jì)算是要在基站上即建立計(jì)算和存儲(chǔ)力氣，在最短時(shí)間完成計(jì)算，發(fā)出指令。軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化SDN架構(gòu)的核心特點(diǎn)是開放性、靈敏性和可編程性。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，該層依據(jù)把握層下發(fā)的規(guī)章處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；中間層為把握層，該層主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的資源進(jìn)展編排，把握網(wǎng)絡(luò)拓