5G的基本特点及关键技术Word文件下载.docx
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而且对功耗、时延等提出了更高的要求,一些方面已经完全超出了我们对传统通信的理解,把更多的应用能力整合到5G中。
这就对通信技术提出了更高要求。
在这三大场景下,5G具有6大根本特点。
5G的六大根本特点
高速度
相对于4G,5G要解决的第一个问题就是高速度。
网络速度提升,用户体验与感受才会有较大提高,网络才能面对VR/超高清业务时不受限制,对网络速度要求很高的业务才能被广泛推广和使用。
因此,5G第一个特点就定义了速度的提升。
其实和每一代通信技术一样,确切说5G的速度到底是多少是很难的,一方面峰值速度和用户的实际体验速度不一样,不同的技术不同的时期速率也会不同。
对于5G的基站峰值要求不低于20Gb/s,当然这个速度是峰值速度,不是每一个用户的体验。
随着新技术使用,这个速度还有提升的空间。
这样一个速度,意味着用户可以每秒钟下载一部高清电影,也可能支持VR视频。
这样的高速度给未来对速度有很高要求的业务提供了时机和可能。
泛在网
随着业务的开展,网络业务需要无所不包,广泛存在。
只有这样才能支持更加丰富的业务,才能在复杂的场景上使用。
泛在网有两个层面的含义。
一是广泛覆盖,一是纵深覆盖。
广泛是指我们社会生活的各个地方,需要广覆盖,以前高山峡谷就不一定需要网络覆盖,因为生活的人很少,但是如果能覆盖5G,可以大量部署传感器,进展环境、空气质量甚至地貌变化、地震的监测,这就非常有价值。
5G可以为更多这类应用提供网络。
纵深是指我们生活中,虽然已经有网络部署,但是需要进入更高品质的深度覆盖。
我们今天家中已经有了4G网络,但是家中的卫生间可能网络质量不是太好,地下停车库根本没信号,现在是可以承受的状态。
5G的到来,可把以前网络品质不好的卫生间、地下停车库等都用很好的5G网络广泛覆盖。
一定程度上,泛在网比高速度还重要,只是建一个少数地方覆盖、速度很高的网络,并不能保证5G的效劳与体验,而泛在网才是5G体验的一个根本保证。
在3GPP的三大场景没有讲泛在网,但是泛在的要隐含在所有场景中的。
低功耗
5G要支持大规模物联网应用,就必须要有功耗的要求。
这些年,可穿戴产品有一定开展,但是遇到很多瓶颈,最大的瓶颈是体验较差。
以智能手表为例,每天充电,甚至不到一天就需要充电。
所有物联网产品都需要通信与能源,虽然今天通信可以通过多种手段实现,但是能源的供给只能靠电池。
通信过程假设消耗大量的能量,就很难让物联网产品被用户广泛承受。
如果能把功耗降下来,让大局部物联网产品一周充一次电,甚或一个月充一次电,就能大大改善用户体验,促进物联网产品的快速普及。
eMTC基于LTE协议演进而来,为了更加适合物与物之间的通信,也为了更低的本钱,对LTE协议进展了裁剪和优化。
eMTC基于蜂窝网络进展部署,其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽,可以直接接入现有的LTE网络。
eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率。
而NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180kHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署本钱、实现平滑升级。
NB-IoT其实基于GSM网络和UMTS网络就可以进展部署,它不需要和5G的核心技术那样需重新建立网络,但是,虽然它部署在GSM和UMTS的网络上,还是一个重新建立的网络,而它的能力是大大降低功耗,也是为了满足5G对于低功耗物联网应用场景的需要,和eMTC一样,是5G网络体系的一个组成局部。
低时延
5G的一个新场景是无人驾驶、工业自动化的高可靠连接。
人与人之间进展信息交流,140毫秒的时延是可以承受的,但是如果这个时延用于无人驾驶、工业自动化就无法承受。
5G对于时延的最低要1毫秒,甚至更低。
这就对网络提出严酷的要求。
而5G是这些新领域应用的必然要求。
无人驾驶汽车,需要中央控制中心和汽车进展互联,车与车之间也"
"
进展互联,在高速度行动中,一个制动,需要瞬间把信息送到车上做出反响,100毫秒左右的时间,车就会冲出几十米,这就需要在最短的时延中,把信息送到车上,进展制动与车控反响。
无人驾驶飞机更是如此。
如数百架无人驾驶编队飞行,极小的偏差就会导致碰撞和事故,这就需要在极小的时延中,把信息传递给飞行中的无人驾驶飞机。
工业自动化过程中,一个机械臂的操作,如果要做到极精细化,保证工作的高品质与精准性,也是需要极小的时延,最及时地做出反响。
这些特征,在传统的人与人通信,甚至人与机器通信时,要求都不则高,因为人的反响是较慢的,也不需要机器则高的效率与精细化。
而无论是无人驾驶飞机、无人驾驶汽车还是工业自动化,都是高速度运行,还需要在高速中保证及时信息传递和及时反响,这就对时延提出了极高要求。
频谱共享:
用共享频谱和非授权频谱,可将5G扩展到多个维度,实现更大容量、使用更多频谱、支持新的部署场景。
这不仅将使拥有授权频谱的移动运营商受益,而且会为没有授权频谱的厂商创造时机,如有线运营商、企业和物联网垂直行业,使他们能够充分利用5GNR技术。
5GNR原生地支持所有频谱类型,并通过前向兼容灵活地利用全新的频谱共享模式。
先进的信道编码设计:
目前LTE网络的编码还缺乏以应对未来的数据传输需求,因此迫切需要一种更高效的信道编码设计,以提高数据传输速率,并利用更大的编码信息块契合移动宽带流量配置,同时,还要继续提高现有信道编码技术〔如LTETurbo〕的性能极限。
LDPC的传输效率远超LTETurbo,且易平行化的解码设计,能以低复杂度和低时延,扩展到达更高的传输速率。
超密集异构网络
5G网络是一个超复杂的网络,在2G时代,几万个基站就可以做全国的网络覆盖,但是到了4G中国的网络超过500万个。
而5G需要做到每平方公里支持100万个设备,这个网络必须非常密集,需要大量的小基站来进展支撑。
同样一个网络中,不同的终端需要不同的速率、功耗,也会使用不同的频率,对于QoS的要求也不同。
这样的情况下,网络很容易造成相互之间的干扰。
5G网络需要采用一系列措施来保障系统性能:
不同业务在网络中的实现、各种节点间的协调方案、网络的选择以及节能配置方法等。
在超密集"
W络中,密集地部署使得小区边界数量剧增,小区形状也不规则,用户可能会频繁复杂地切换。
为了满足移动性需求,这就需要新的切换算法。
总之,一个复杂的、密集的、异构的、大容量的、多用户的网络,需要平衡、保持稳定、减少干扰,这需要不断完善算法来解决这些问题。
网络的自组织
自组织的网络是5G的重要技术,这就是网络部署阶段的自规划和自配置;
网络维护阶段的自优化和自愈合。
自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用,具有低本钱、安装简易等优点。
自规划的目的是动态进展网络规划并执行,同时满足系统的容量扩展、业务监测或优化结果等方面的需求。
自愈合指系统能自动检测问题、定位问题和排除故障,大大减少维护本钱并防止对网络质量和用户体验的影响。
SON技术应用于移动通信网络时,其优势表达在网络效率和维护方面,同时减少了运营商的支出和运营本钱投入。
由于现有的SON技术都是从各自网络的角度出发,自部署、自配置、自优化和自愈合等操作具有独立性和封闭性,在多网络之间缺乏协作。
网络切片
就是把运营商的物理网络切分成多个虚拟网络,每个网络适应不同的效劳需求,这可以通过时延、带宽、平安性、可靠性来划分不同的网络,以适应不同的场景。
通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络,从而防止了为每一个效劳建立一个专用的物理网络,这样可以大大节省部署的本钱。
在同一个5G网络上,通过技术电信运营商会把网络切片为智能交通、无人机、智慧医疗、智能家居以及工业控制等多个不同的网络,将其开放给不同的运营者,这样一个切片的网络在带宽、可靠性能力上也有不同的保证,计费体系、管理体系也不同。
在切片的网络中,各个业务提供商,不是如4G一样,都使用一样的网络、一样的效劳。
很多能力变得不可控。
5G切片网络,可以向用户提供不一样的网络、不同的管理、不同的效劳、不同的计费,让业务提供者更好地使用5G网络。
容分发网络
在5G网络中,会存在大量复杂业务,尤其是一些音频、视频业务大量出现,*些业务会出现瞬时爆炸性的增长,这会影响用户的体验与感受。
这就需要对网络进展改造,让网络适应容爆发性增长的需要。
容分发网络是在传统网络中添加新的层次,即智能虚拟网络。
CDN系统综合考虑各节点连接状态、负载情况以及用户距离等信息,通过将相关容分发至靠近用户的CDN代理效劳器上、实现用户就近获取所需的信息,使得网络拥塞状况得以缓解,缩短响应时间,提高响应速度。
源效劳器只需要将容发给各个代理效劳器,便于用户从就近的带宽充足的代理效劳器上获取容,降低网络时延并提高用户体验。
CDN技术的优势正是为用户快速地提供信息效劳,同时有助于解决网络拥塞问题。
CDN技术成为5G必备的关键技术之一。
设备到设备通信
这是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。
设备到设备通信〔D2D〕会话的数据直接在终端之间进展传输,不需要通过基站转发,而相关的控制信令,如会话的建立、维持、无线资源分配以及计费、鉴权、识别、移动性管理等仍由蜂窝网络负责。
蜂窝网络引入D2D通信,可以减轻基站负担,降低端到端的传输时延,提升频谱效率,降低终端发射功率。
当无线通信根底设施损坏,或者在无线网络的覆盖盲区,终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。
在5G网络中,既可以在授权频段部署D2D通信,也可在非授权频段部署。
边缘计算
在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端效劳。
其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络效劳响应,满足行业在实时业务、应用智能、平安与隐私保护等方面的根本需求。
5G要实现低时延,如果数据都是要到云端和效劳器中进展计算机和存储,再把指令发给终端,就无法实现低时延。
边缘计算是要在基站上即建立计算和存储能力,在最短时间完成计算,发出指令。
软件定义网络和网络虚拟化
SDN架构的核心特点是开放性、灵活性和可编程性。
它主要分为三层:
根底设施层位于网络最底层,包括大量根底网络设备,该层根据控制层下发的规则处理和转发数据;
中间层为控制层,该层主要负责对数据转发面的资源进展编排,控制网络拓扑、收集全局状态信息等;
最上层为应用层,该层包括大量的应用效劳,通过开放的北向API对网络资源进展调用。
NFV作为一种新型的网络架构与构建技术,其倡导的控制与数据别离、软件化、虚拟化思想,为突破现有网络的困境带来了希望。
5G是一个复杂的体系,在5G根底上建立的网络,不仅要提升网络速度,同时还提出了更多的要求。
未来5G网络中的终端也不仅是手机,而是有汽车、无人驾驶飞机、家电、公共效劳设备等多种设备。
4G改变生活,5G改变社会。
5G将会是社会进步、产业推动、经济开展的重要推进器。
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