5G的基本特點與關(guān)鍵技術(shù)

1、5G的基本特點與關(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)發(fā)展的最高峰，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基礎(chǔ)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)的發(fā)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)的普遍看法是它不僅應(yīng)具備高

2、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部分。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，把更高的速率提供給用戶；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)用能力整合到5G中。這就對通信技術(shù)提由了更高要求。在這三大場景下，5G具有6大基本特點。5G的六大基本特點高速度

3、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高，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,當然這個速度是峰值速度，不是每一個用戶的體驗。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

4、機會和可能泛在網(wǎng)隨著業(yè)務(wù)的發(fā)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，因為生活的人很少，但是如果能覆蓋5G,可以大量部署傳感器，進行環(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，地下停車庫基本沒信號，現(xiàn)在是可以接受的狀態(tài)。5G的到來，可把

5、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的服務(wù)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)品有一定發(fā)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。通信過程若消耗大量的能量，就很難讓物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品被用戶廣泛接受

6、。如果能把功耗降下來，讓大部分物聯(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)品的快速普及。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，也為了更低的成本，對LTE協(xié)議進行了裁剪和優(yōu)化。eMTC基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)進行部署，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)，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。NB-IoT其實基于GSM網(wǎng)絡(luò)和UMTS網(wǎng)絡(luò)就可以進行部署，它不需要和5G的

7、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)，而它的能力是大大降低功耗，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)體系的一個組成部分。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。人與人之間進行信息交流，140毫秒的時延是可以接受的，但是如果這個時延用于無人駕駛、工業(yè)自動化就無法接受。5G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，需要中央控制中心和汽車進行互聯(lián)，車與車之間也？?進行互聯(lián)，在高速度行動中，一個制動，需要瞬間把信息送到車

8、上做由反應(yīng)，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，進行制動與車控反應(yīng)。無人駕駛飛機更是如此。如數(shù)百架無人駕駛編隊飛行，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，也是需要極小的時延，最及時地做由反應(yīng)。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，因為人的反應(yīng)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及時信息傳遞和及時反應(yīng)，這

9、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)造機會，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5GNR技術(shù)。5GNR原生地支持所有頻譜類型，并通過前向兼容靈活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)的編碼還不足以應(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，以提高數(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)提高現(xiàn)有信道編碼技術(shù)（如LTETurb。的性能極限。LDPC的傳

10、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，擴展達到更高的傳輸速率。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)絡(luò)必須非常密集，需要大量的小基站來進行支撐。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)需要采用一系列措施來保障系統(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)的選擇以及節(jié)能配置方法等。在超密集？W絡(luò)中，密集地部署使

11、得小區(qū)邊界數(shù)量劇增，小區(qū)形狀也不規(guī)則，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)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，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點。自規(guī)劃的目的是動態(tài)進行網(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，大大減少維護成本并避免對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗的影響。S

12、ON技術(shù)應(yīng)用于移動通信網(wǎng)絡(luò)時，其優(yōu)勢體現(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成本投入。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)不同的服務(wù)需求，這可以通過時延、帶寬、安全性、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)，從而避免了為每一個服務(wù)建設(shè)一個專用的物理網(wǎng)絡(luò)，這樣可以大大節(jié)省部署的成本。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、智能家居以及工

13、業(yè)控制等多個不同的網(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、可靠性能力上也有不同的保證，計費體系、管理體系也不同。在切片的網(wǎng)絡(luò)中，各個業(yè)務(wù)提供商，不是如4G一樣，都使用一樣的網(wǎng)絡(luò)、一樣的服務(wù)。很多能力變得不可控。5G切片網(wǎng)絡(luò)，可以向用戶提供不一樣的網(wǎng)絡(luò)、不同的管理、不同的服務(wù)、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)，莫些業(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)進行改造，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

14、考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務(wù)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)時間，提高響應(yīng)速度。源服務(wù)器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個代理服務(wù)器，便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務(wù)器上獲取內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)時延并提高用戶體驗。CDN技術(shù)的優(yōu)勢正是為用戶快速地提供信息服務(wù)，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。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)直接在終端之間進行傳輸，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，而相關(guān)的控制信令，如會話的建立、維持、無線資源分配以及

15、計費、鑒權(quán)、識別、移動性管理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負責。蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入D2D通信，可以減輕基站負擔，降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率。當無線通信基礎(chǔ)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)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)。具應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。5G要實現(xiàn)低時延，如果數(shù)據(jù)都是要到云端和服務(wù)器中進行計算機和存儲，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能力，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SDN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：基礎(chǔ)設(shè)施層位于網(wǎng)絡(luò)最底層，包括大量基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，該層根據(jù)控制層下發(fā)的規(guī)則處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；中間層為控制層，該層主要負責對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的資源進行編排，