5G通信演进和常见名词释义

写在前面

由于工作性质的变化，需要对5G的通信原理、架构和标准进行深入的了解。借此分享一下5G通信技术初步学习的内容。

通信系统发展演进

5G的含义，即第五代移动通信系统和技术。这种叫法是3G时代开创的，随3G-4G-5G一直沿用下来。那有没有1G、2G的说法？虽然当时研究传呼机、大哥大、小灵通的那帮人没有这么称呼自己的系统，但现在回过头来，重新定义了那个1G\2G时代。
1G时代传输模拟信号，载波频段通常在800/900MHz；技术标准有NMT（北欧）、AMPS（北美);核心技术有FDMA、模拟语音调制、蜂窝结构组网；主要提供模拟语音业务，巨头公司是摩托罗拉。
2G时代比较成功，技术标准有GSM、CDMA，现在还有使用场景，载波频段在800/1800MHz；核心技术有CDMA、TDMA；提供数字语音传输，巨头公司有诺基亚、爱立信。
3G时代较为短暂，载波频段2GHz左右；技术标准有中国联通采用的WCDMA技术，中国电信采用的CDMA2000技术，中国移动采用的TD-CDMA；核心技术有多址技术、Rake接收、Turbo编码及RS卷积级联码等；同时传输声音及数据信息；巨头公司有高通、苹果。
从3G开始已经有国际化的标准组织(如3GPP），来统一全球的通信标准、协议和接口，并不断的开展演进工作；
4G时代（包含3.9G），也是非常的成功，载波频段2GHz左右；技术标准如LTE、LTE-A、WiMax；以OFDMA、SC-FDMA、MIMO为核心技术；提供快速传输数据、音视频、图像数据的服务；
5G时代，载波频段3.3-3.6Ghz、4.8-5GHz；虽然将会采用更高的频段，但核心技术并没有大的变革。从通信技术角度来看，主要内容，一是把现有的通信技术做到极致，二是兼顾灵活度的提升。技术重心是毫米波通信技术，即如何把4G的一套（OFDMA、SC-FDMA）搬到毫米波上，产生了如大规模MIMO、全双工技术等。5G的技术追求是更快的传输速率、更小的传输延迟以及更高的吞吐量，将提供快速传输高清视频、智能家居等服务。

常见名词解释

SDM，即空分复用。多采用光纤复用技术，即将多根光纤组合成束，组成多个信道，每根光纤只用于一个方向的信号传输。

BBU，Base Band Unit；
RRU，Remote Radio Unit；
BBU和RRU组网需考虑带宽要求、时延要求、时钟同步要求。

MIMO，多输入多输出技术，可以在不影响频域（带宽）、时延（多占用时间）、码域（复杂的正交码设计）情况下，大幅增加无线通信系统数据吞吐量和发送距离，改善通信质量。

ORAN，Open Radio Access Network；
从1G到4G，通信系统的整体演进趋势，就是解耦。一是控制面和媒体面解耦，另一面是软件和硬件解耦。硬件白盒化，软件通用化。
物理层架构，一是通用芯片（如x86）+ FPGA；另是专用ASCI+ARM。

USRP，通用软件无线电外设，特点是相对低廉的价格、优秀的扩展能力、广泛的软件兼容性。
USRP系列产品在软件定义无线电的硬件算法的开发、研究和原型机设计等方面都是业界首选。USRP系列产品专为从DC至6GHz的射频应用所设计，支持GNU Radio、Matlab和LabView等主要的软件框架，可以快速进行算法验证、原型机开发和系统集成，常见应用有LTE、GSM、GPS、WIFI、雷达、大规模MIMO系统以及无线电频谱监测等。
Ettus从2010年开始成为NI（国家仪器）公司的子公司，是世界上最流行的通用软件无线电外设的供应商。

GNU Radio，一个免费的开源软件开发工具包，提供信号处理模块来实现软件无线电。可以与现成的低成本外部RF硬件一起使用，以创建软件定义的无线电。

RF，射频，是一种高频交流变化电磁波的简称。具有远距离传输能力的高频电流成为射频。

DSP，数字信号处理。涉及抽样定理、Z变换得到信号的频谱、有限脉冲响应（FIR）、无限脉冲响应（IIR）滤波器、离散时间傅里叶变换、数字调制解调和同步。

SDN，软件定义网络；
UDN，超密集组网技术；
NFV，网络功能虚拟化；
SDN的三个核心技术，一是控制与转发分离；二是集中化的网络控制；三是开放的编程接口；
新型多址方式：SCMA、F-OFDM、MUSA等；
新型波形：FBMC、SCMA、MUSA、PDMA等。

FDD，频分双工，收发使用同一个射频频点，上、下行链路使用不同的时隙来进行通信；
TDD，时分双工，收发使用不同的射频频点来进行通信；
FDD LTE和TDD LTE组网的区别很小，核心网完全一致，无线接口协议上，两者绝大部分相同（只有物理层有些许不同）。

全球各国5G组织
ITU，国际电信联盟组织，是主管信息通信技术事务的联合国机构；
METIS，欧盟，把5G场景概括为：快、密、全、佳、实；
IMT-2020，中国；
2020 And Beyond AdHoc，日本；
5G Forum，韩国；
美国，主力是学校、企业和科研机构，尚未提出国家层面的5G计划或政策。

5G最重要的两个组织：ITU和3GPP
ITU的5G愿景：
八大关键能力：峰值速率、用户体验速率、区域流量能力、网络能效、连接密度、时延、移动性、频谱效率。
ITU对5G通信网络定义：
空口速率达到20Gbps；一平方公里内为超过100万台物联网设备提供超过100Mbps的平均数据传输速度。
3GPP是一个产业联盟。

NR，新空口，核心技术是新的波形，新的多址方式和新的编码方式；
4G，空口核心技术是OFDM；
3G，空口核心技术是CDMA。

NSA，5G独立组网；
SA，非独立组网；
NG-RAN，5G的无线接入网；
gNB，向UE提供NR用户面和控制面协议终端的节点，并且经由NG接口连接到5GC；
NG-eNB，向UE提供E-UTRA用户面和控制面协议终端的节点，并且经由NG接口连接到5GC；
5GC，5G核心网；
NG接口，无线接入网和5G核心网之间的接口。

写在结尾

由于刚刚接触5G通信技术，文中难免会有不正确或不恰当的地方，望读者留言指正。另外，作为近来学习的总结，希望本文能够帮助普及一些5G通信基础知识。