G的基本特點與關鍵技術

1、G的基本特點與關鍵技術作者:日期:5G的基本特點與關鍵技術第五代移動通信技術(5G )是目前移動通信技術發(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基礎上，對于移動通信提出更高的要求，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，mMTC指大 規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，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。通過3GPP的三大場景定義我們可

2、以看出，對于5G，世 界通信業(yè)的普遍看法是它不僅應具備高速度，還應滿足低時 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。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出了更高的要求，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、時延等提出了更高的要求，一些方面已經(jīng)完全超 出了我們對傳統(tǒng)通信的理解，把更多的應用能力整合到5G 中。這就對通信技術提

3、出了更高要求。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相對于4G，5G要解決的第一個問題就是高速度。網(wǎng)絡 速度提升，用戶體驗與感受才會有較大提高，網(wǎng)絡才能面對 VR/超高清業(yè)務時不受限制，對網(wǎng)絡速度要求很高的業(yè)務才 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。隨著新技術使用，這個速度還有提升的空 間。這樣一個速度，意味著用

4、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)務提供了機會和可能。泛在網(wǎng)隨著業(yè)務的發(fā)展，網(wǎng)絡業(yè)務需要無所不包，廣泛存在。 只有這樣才能支持更加豐富的業(yè)務，才能在復雜的場景上使 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rm o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 多這類應用提供網(wǎng)絡?？v深是指我們生活中，雖然已經(jīng)有網(wǎng)絡部署，但是需要 進入更高品質(zhì)的深度覆蓋。我們今

5、天家中已經(jīng)有了 4G網(wǎng)絡, 但是家中的衛(wèi)生間可能網(wǎng)絡質(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，可把以前網(wǎng)絡 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，并不能保證5G的服務與體驗, 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

6、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。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)絡進行部署，其用戶 設備通過支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬，可以直接接入現(xiàn) 有的LTE網(wǎng)絡。eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率。 而NB-loT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡，只消耗大約180kHz

7、的帶寬，可 直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，以降低部署 成本、實現(xiàn)平滑升級。NB-loT其實基于GSM網(wǎng)絡和UMTS網(wǎng)絡就可以進行部 署，它不需要和5G的核心技術那樣需重新建設網(wǎng)絡，但是, 雖然它部署在GSM和UMTS的網(wǎng)絡上，還是一個重新建設的 網(wǎng)絡，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)應用場景的需要，和eMTC 一樣，是5G網(wǎng)絡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

8、更低。這就對網(wǎng) 絡提出嚴酷的要求。而5G是這些新領域應用的必然要求。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 瞬間把信息送到車上做出反應，100毫秒左右的時間，車就 會沖出幾十米，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。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，最及時地做出反應。 這些特征，在傳統(tǒng)的人與人通信，

9、甚至人與機器通信時，要 求都不那么高，因為人的反應是較慢的，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，這就對時延提出了極高要求。頻譜共享：用共享頻譜和非授權頻譜，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頻譜的移動運營商受益，而且會為沒有 授權頻譜的廠商創(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5G NR技術。5G NR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。先進的信道編碼設計：目前L

10、TE網(wǎng)絡的編碼還不足以應 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（如LTE Turbo）的性能極限。LDPC的傳輸效率遠超LTE Turbo,且易平行化的解碼設計，能以低復雜度和低時延，擴 展達到更高的傳輸速率。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡5G網(wǎng)絡是一個超復雜的網(wǎng)絡，在2G時代，幾萬個基站 就可以做全國的網(wǎng)絡覆蓋，但是到了 4G中國的網(wǎng)絡超過500 萬個。而5G需要做到每平方公里支持100萬個設備，這個 網(wǎng)絡必須非常密集，需要大量的小基站來進行支撐。同樣一 個網(wǎng)絡中，不同的終端需要不

11、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)絡很 容易造成相互之間的干擾o5G網(wǎng)絡需要采用一系列措施來保障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務在網(wǎng)絡中的實現(xiàn)、各種節(jié)點間的協(xié)調(diào) 方案、網(wǎng)絡的選擇以及節(jié)能配置方法等。在超密集?W絡中，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)則，用戶可能會頻繁復雜地切換。為了滿足 移動性需求，這就需要新的切換算法?？傊?，一個復雜的、密集的、異構(gòu)的、大容量的、多用 戶的網(wǎng)絡，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)絡的自組織自組織的網(wǎng)絡是5G的重要技術，這就是網(wǎng)絡部署階段 的自規(guī)劃和自配置；網(wǎng)絡維護階段的自優(yōu)化和自愈

12、合。自配 置即新增網(wǎng)絡節(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)絡規(guī)劃并執(zhí)行， 同時滿足系統(tǒng)的容量擴展、業(yè)務監(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)絡質(zhì)量和用戶體驗的影響。SON技術應用于移動通信網(wǎng)絡時，其優(yōu)勢體現(xiàn)在網(wǎng)絡效 率和維護方面，同時減少了運營商的支出和運營成本投入。 由于現(xiàn)有的SON技術都是從各自網(wǎng)絡的角度出發(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)絡之間缺乏協(xié)作。網(wǎng)絡切片就是把運營商的物理網(wǎng)絡切分成多個虛擬網(wǎng)絡，每個網(wǎng) 絡適應不同的服務需求，這可以通過

13、時延、帶寬、安全性、 可靠性來劃分不同的網(wǎng)絡，以適應不同的場景。通過網(wǎng)絡切 片技術在一個獨立的物理網(wǎng)絡上切分出多個邏輯網(wǎng)絡，從而 避免了為每一個服務建設一個專用的物理網(wǎng)絡，這樣可以大 大節(jié)省部署的成本。在同一個5G網(wǎng)絡上，通過技術電信運營商會把網(wǎng)絡切 片為智能交通、無人機、智慧醫(yī)療、智能家居以及工業(yè)控制 等多個不同的網(wǎng)絡，將其開放給不同的運營者，這樣一個切 片的網(wǎng)絡在帶寬、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)絡中，各個業(yè)務提供商，不是 如4G 一樣，都使用一樣的網(wǎng)絡、一樣的服務。很多能力變 得不可控。5G切片網(wǎng)絡，可以向用戶提供不一樣的網(wǎng)絡、不 同的管理、不同的服

14、務、不同的計費，讓業(yè)務提供者更好地 使用5G網(wǎng)絡。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡在5G網(wǎng)絡中，會存在大量復雜業(yè)務，尤其是一些音頻、 視頻業(yè)務大量出現(xiàn)，某些業(yè)務會出現(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)絡進行改造，讓網(wǎng) 絡適應內(nèi)容爆發(fā)性增長的需要。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中添加新的層次，即智能虛 擬網(wǎng)絡。CDN系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代 理服務器上、實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡擁塞 狀況得以緩解，縮短響應時間，提高響應速度。源服務器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個代理服務器，便于用戶 從就近的帶寬充足的代理服務器上獲取內(nèi)容，降低

15、網(wǎng)絡時延 并提高用戶體驗。CDN技術的優(yōu)勢正是為用戶快速地提供信 息服務，同時有助于解決網(wǎng)絡擁塞問題。CDN技術成為5G 必備的關鍵技術之一。設備到設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。設 備到設備通信（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)，而相關的控制信令，如會話的建立、 維持、無線資源分配以及計費、鑒權、識別、移動性管理 等仍由蜂窩網(wǎng)絡負責。蜂窩網(wǎng)絡引入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。當無線通信基礎設施損壞，或者在無線網(wǎng)絡的覆 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。在5G網(wǎng)

16、絡中，既可以在授權頻段部署D2D通信，也可 在非授權頻段部署。邊緣計算在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡、計算、存儲、 應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡服務響應，滿足行 業(yè)在實時業(yè)務、應用智能、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)出指令。軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡虛擬化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：基礎設施層位于網(wǎng)絡最底層，包括大量基礎 網(wǎng)絡設備，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,控制