5G技术

5G特征及串讲

• 毫米波。30GHz~300GHz。4G频谱拥挤，因此5G要开发更高的频谱和带宽。
• 小基站。毫米波具有直射性损耗严重，因此不能用全部依赖大功率宏基站，只能大规模部署小基站。
• MIMO和载波聚合。前者的主要硬件是天线矩阵，通过更多根天线同时发送多条数据流来提升比特率。后者通过整合零散的频谱来提高比特率。
• 波束赋形。MIMO中大量天线同时传输信号会带来彼此干扰，因此用波束赋形，同时可以降低射频发射功率。
• 全双工。上行和下行同时进行。

与3G、4G相比，5G的新兴技术主要是毫米波与波束成形。此外，在载波聚合、多天线输入输出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等4G技术上有了新的演进。

5G场景分类和要求

5G标准属于一站式网络，兼容市场上所有的应用领域，从低带宽到低功耗的IoT节点以及超高清身临其境体验。为了满足这些要求，5G采用更宽的频谱，sub-GHz面向于IoT应用需求，1到6GHz面向于宽带设备，6GHz/mm以上面向超高带宽应用的需求。

5G标准制定组织和社区对使用场景和应用类型进行了划分，大体分为以下三类：

• 增强型移动宽带（eMBB，enhanced Mobile Broadband），面向高带宽需求的应用，例如高清远程监控、远程医疗和远程手术等

• 大规模机器型通信（mMTC，massive Machine Type Communications），面向快速增长、大容量密集型IoT节点/应用，例如智能仪表、智能建筑、智能城市和资产跟踪等

• 超高可靠性和低延迟通信（URLLC，Ultra Reliable Low Latency Communications），面向要求更加苛刻的应用，例如自动驾驶、医疗保健和工业自动化等

5G的要求
我们也能够想到前面介绍的三类情形对于5G的要求也是不同的。移动宽带需要更高的性能，IoT应用则要求低功耗和低成本，对于更加苛刻的应用则要求低延迟和安全性。

如下一些关键指标和特性让5G更加可靠：

• 载波聚合和MIMO（多输入多输出）：这两项技术则进一步提高了比特率，在LTE-Advanceed方面，载波聚合通过聚合高达五个20MHz（最高可达100MHz）载波组件从整体上提升系统的比特率，而MIMO技术则通过两个或更多根天线发射两个或更多的数据流来提升比特率。现在5G技术单个载波组件可支持100MHz或更高，通过载波聚合，整体容量的提升的多倍的。与大规模MIMO相结合是的5G支持更大数量级Gbit/s的数据传输。
  • 简单地说，它可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起，能很好地满足LTE、LTE-Advanced系统频谱兼容性的要求，不仅能加速标准化进程，还能最大限度地利用现有LTE设备和频谱资源。
  • 得益于更宽的频谱，载波聚合后最直观的好处就是传输速度的大幅度提升，以及延迟的降低，比如高通、中国移动的试验。
    同时，载波聚合还能有效改善网络质量，提升吞吐量，使网络负载更加均衡，尤其是在负载较重的时候效果会更明显。
    打个比方，载波聚合就好比“黏合剂”，将零散的频谱粘在一起，提供更快速率。

● MulTI-RAT（无线接入技术）：5G技术将与传统技术共存并且融合——兼容4G/LTE授权的频带以及Wi-Fi为授权的频带。

● 功耗：这个指标对所有应用都很重要，尤其对于IoT应用例如NB-IoT对于电池寿命有着非常严格的要求，至少要可达10年，根据节能模式（PSM）下的负载和覆盖率可选用5wh或者2xAA的电池。

● 延迟：这个特性也是很多应用所关心的，对于一些苛刻的应用则是最基本的要求，例如自动驾驶、工业自动化、远程手术等，即使毫秒级的误差都会带来显著的差别。LTE技术的延迟从数十毫秒到50毫秒，5G的延迟要求是降低到少于1毫秒，使得蜂窝网络可以支持这些苛刻的使用案例。延迟对于其他实时型应用也是非常关键的，例如语音、视频通话和远程监控。

● 可靠性和安全性：这也是一个非常关键的指标，不能有任何误差范围，尤其对于上面提到的苛刻的使用情形，这些参数对于5G的成功非常重要，因为蜂窝网络正在逐渐渗入到各个应用领域，例如自动驾驶、工业自动化和远程手术等。

SDN和NFV

华为云计算——SDN和NFV技术详解 https://www.bilibili.com/video/av52658233

• 当前的网络的路由设备同时具有转发和控制功能，是分布式的，难以实现全局最优。SDN三个背景：决策者过多导致全网资源利用率低；为不必要的决策者付费；网络维护管理的复杂性。
• SDN的核心思想是转发和控制分离。引入“SDN控制器”负责中心化控制，而让路由设备仅仅具有转发功能。SDN控制器承上启下，呈上作用提供北向接口给上层应用使其对网络网络可编程，启下作用通过南向接口管理各种各样的网络转发设备。
  北向接口无标准化协议，主要采用Restful类型的形式，而南向接口已形成事实标准即openflow。
• SDN网络的平滑演进：数据中心倾向于采用纯SDN架构；而运营商倾向于平滑演进，即采用混合型的SDN架构，然后慢慢弱化传统的分布式网络控制逐渐过渡到SDN的中心化网络控制。
• SDN问题：北向接口不统一，导致上层应用和SDN控制器的适配问题；SDN控制器单点故障；南向协议越来越多，openflow主要管理交换机，另外还有管理路由器、防火墙、IPS设备等等对应不同的南向协议；SDN+光的跨层协同
  • 通过SDN控制器集群来解决可靠性和可扩展性问题；SDN控制器分层、分域（两种实体，超级控制器+域控制器）缓解可扩展性问题；南向接口日益丰富；OSS/BSS向MANO平滑演进
• NFV：采用虚拟化技术，把网络功能的硬件解耦，而单纯用软件来实现，运行在通用硬件（）上，以降低成本。（专用硬件能做的，用软件也能做，只是效率没那么高而已）。核心思想软件与专用硬件的解耦，方式是软件与通用硬件的联姻。带来的好处：降低成本、网络瘦身（减少专用设备）、弹性部署（需求驱动）。
  • 问题：性能干不过asic专用芯片；标准不统一
  • 发展方向：微服务和分布式。松耦合的微服务，灵活性的分布式；业务链。运维简单，动态扩展；打破垄断，加快创新
  • 核心技术：虚拟化。VMware；虚拟化实体的管理和编排。OpenStack，相当于云操作系统。
• SDN和NFV关系：互不依赖，自成一体；互为补充，相互融合
  • SDN：控制转发解耦，网络控制集中化，流量灵活调度；NFV：软硬件解耦，网络功能虚拟化，业务随需部署
  • 提高网络的灵活性、自适应，促进网云一体化(用网络的能力支撑云计算的发展，用云计算的理念优化网络资源，最终促使网络资源能够按照用户的需求，动态、弹性地调度和分配)。

网络切片

将5G网络分割成多个切片。每个切片都是逻辑独立的，以实现某个特定类型业务的最佳体验，不同业务和切片网络之间能够实现资源共享。

网络切片不是一项单独的技术，SDN/NFV是该技术实现的基石。网络切片利用NFV/SDN技术，将5G网络的物理资源抽象为虚拟资源，以实现软硬件的解耦以及与网络功能的匹配和映射，进而将不同的业务场景需求虚拟化为多个平行的相互隔离的逻辑网络。

传统的移动通信网络运行模式都很单一，即一张网运行所有业务，依靠诸如DiffServ等IP协议来确定不同业务的优先级，但这些协议都是零碎的，无法实现端到端的业务编排。

新的5G空口技术就支持网络切片。在核心网上，网络切片可以单独实施或者在新的5G空口部署之前实施。每个网络切片逻辑上都是一个自给自足的网络，每项业务都拥有一个独立的网络切片。例如，专门的视频网络切片、IoT网络切片，或者关键通信网络切片等等。当然，也可以将多个相似业务放在一个网络切片上。

每个切片都为专门业务类型而优化，每个都支持端到端，包括RAN和核心网。与LTE不同的是，5G空口支持动态和半动态切片。多个并行的网络切片可以部署到一个物理设施之上，每个切片都能实现超可靠和超实时的联接。