什么是5G

移动通信技术的代际演进

G代表一代

1G 1980s 2G 1990s 3G 2000s 4G 2010s 5G 2020
功能 语音 短信 社交应用 在线、互动、游戏 虚拟现实、“零’时延感知
技术 AMPS、TACS 2G:GSM、IS-95 2.5G:GPRS、EDGE、IS-95B WCDMA(联通)、CDMA2000(电信)、TD-SCDMA(移动) LTE-Advanced(移动先拿到)、wireless MAN-Advanced

5G技术指标

流量密度 连接数密度 时延 移动性 能效 用户体验速率 频谱效率 峰值速率
4G参考值 0.1Tbps/km2 10万/km^2 10ms 350km/h 1倍 10Mbps 1倍 1Gbps
5G 10Tbps/km2 100万/km^2 1ms 500km/h 100倍提升 0.1-1Gbps 3倍提升 20Gbps

三大应用场景:增强的移动宽带、海量机器通信、超高可靠和低时延通信

5G应用场景

VR:虚拟现实(虚拟环境)
AR:增强现实(基于真实环境上模拟一个物品)
MR:混合现实(直观感受产品内部)模拟手术
智慧城市:任何人、任何时间、任何地点、获取所需服务

5G关键技术

  • 超密集组网
    需要满足高热点高容量场景(高流量密度、高速率)
    通过大量增加小基站,以空间换性能实现

    基站:一般包括宏基站和小基站,宏基站即铁塔站,覆盖范围数千米;小基站覆盖范围10-200m,包括家庭基站、微基站、微微基站、室内基站、个人基站。
    小基站的特点:体积小、易安装、成本低、功率小、干扰小(更小范围内实现频率复用,提升了容量)
    距离用户近,提高信号质量和速率(基站之间的叠加)、在人流密集区部署,实现网络深度覆盖。

  • 多连接、无线回传技术

  • 规模天线阵列:最多256个天线(MIMO天线阵)
    优点:提升信号可靠性、基站吞吐率;大幅降低对周边基站的干扰;服务更多移动终端

  • 动态自组织网络(SON)全双工方式
    满足低时延高可靠场景
    优点:部署灵活、支持多跳、高可靠、支持超高带宽
    三大功能:自配置、自优化、自愈(基站侧)

  • 软件定义网络(SDN)用于控制云资源,实现调度
    物理上分离控制平面和转发平面;
    控制器集中管理多台转发设备;
    服务和程序部署在控制器上;

  • 网络功能虚拟化(NFV)
    软硬件解耦、虚拟化(软件模拟硬件)
    通用硬件实现网络功能(服务器模拟网络)

SDN和NFV区别:前者面向网络架构的创新,后者面向设备形态的创新。

5G面临的挑战

  • 频谱资源
    5GHz以下的频段已经非常拥挤,解决方法:向高频段和超高频段

  • 新业务(三大应用场景在不同领域的业务)
    eMBB:3D、超高清视频等大流量移动宽带业务(AR/VR等传输速率要求高)
    mMTC:大规模物联网业务(对连接数量、耗电/待机要求较高)
    uRLLC:无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务(对低时延、高可靠要求高)

  • 新场景
    移动热点:大量热点带来的超密组网挑战
    物联网络:物联新业务远超人的活动范围
    低空、高空覆盖:无人机、飞机航线覆盖等

  • 终端设备
    联网终端爆发式增长(5G只能垃圾桶、无人驾驶接驳车、无人机、送货机器人)
    终端多模研发、工艺、电池寿命等挑战

  • 安全挑战
    三大场景
    eMBB:安全处理性能、二次认证、已知漏洞
    eMTC:轻量化安全、海量连接信令风暴
    uRLLC:低时延的安全算法、边缘计算、隐私保护

    新架构:SDN、NFV等新安全挑战

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