5G基本内容概述

                             5G基本内容概述

移动通信发展历程

-移动通信技术具有代际演进规律

-“G”代表一代

-每十年一个周期

 

5G与4G参考值差异

指标名称	流量密度	连接数密度	时延	移动性	能效	用户体验速度	频谱效率	峰值速度
4G参考值	0.1Tbps/km²	10万/km²	10ms	350km/h	1倍	10Mbps	1倍	1Gbps
5G参考值	10Tbps/km²	100万/km²	1ms	500km/h	100倍提升（网络侧）	0.1-1Gbps	3倍提升（某些场景5倍）	20Gbps

 

5G应用场景-VR/AR

-VR：虚拟现实

-AR：增强现实

-MR：混合现实

-车联网

-远程医疗：远程B超 远程手术

-智慧城市（感知整合协作创新）：交通，医疗，建筑公共事业，教育与科技，公共安全，市民服务。业务驱动建设

-智慧城市：任何人可以在任何时间任何地点获取所需的服务。

-通过运营和运维对整个过程进行调整和监控

 

5G关键技术：超密度组网

-应用在需要满足热点高容量的场景（高流量密度高速率）

-通过大量增加小基站，以空间换性能

-基站一般包括宏基站和小基站

-宏基站：即“铁塔站”一半覆盖范围数千米

-小基站：一半覆盖范围10m-200m

-小基站优势：

-体积小，成本低，易安装，适合深度覆盖

-干扰小，更小的范围内实现频率复用，提升容量

-距离用户近，提升信号质量和效率

 

 

超密集组网关键技术

（1）多连接技术

对于宏微异构组网， 微基站大多在热点区域局部部署， 微基站或微基站簇之间存在非连续覆盖的空洞。因此对于宏基站来说，除了要实现信令基站的控制面功能，还要视实际部署需要，提供微基站未部署区域的用户面数据承载。多连接技术的主要目的在于实现UE （用户终端）与宏微多个无线网络节点的同时连接。不同的网络节点可以采用相同的无线接入技术， 也可以采用不同的无线接入技术。因宏基站不负责微基站的用户面处理，因此不需要宏微小区之间实现严格同步，降低了对宏微小区之间回传链路性能的要求。在双连接模式下，宏基站作为双连接模式的主基站，提供集中统一的控制面；微基站作为双连接的辅基站，只提供用户面的数据承载。辅基站不提供与UE 的控制面连接，仅在主基站中存在对应UE 的RRC（无线资源控制）实体。主基站和辅基站对RRM（无线资源管理）功能进行协商后，辅基站会将一些配置信息通过X2 接口传递给主基站，最终RRC 消息只通过主基站发送给UE。UE 的RRC 实体只能看到从一个RRU（射频单元）实体发送来的所有消息，并且UE 只能响应这个RRC 实体。用户面除了分布于微基站，还存在于宏基站。由于宏基站也提供了数据基站的功能， 因此可以解决微基站非连续覆盖处的业务传输问题。

（2）无线回传技术现有的无线回传技术主要是在视距传播环境下工作 ， 主要工作在微波频段和毫米波频段 ，传播速率可达 10 Gbit/s。当前无线回传技术与现有的无线空口接入技术使用的技术方式和资源是不同的。在现有网络架构中， 基站与基站之间很难做到快速、高效、低时延的横向通信。基站不能实现理想的即插即用，部署和维护成本高昂，其原因是受基站本身条件的限制，另外底层的回传网络也不支持这一功能。为了提高节点部署的灵活性，降低部署成本，利用与接入链路相同的频谱和技术进行无线回传传输能解决这一问题。在无线回传方式中，无线资源不仅为终端服务，还为节点提供中继服务。

 

超密集组网规划部署

5G 超密集组网可以划分为宏基站+ 微基站及微基站+ 微基站两种模式，两种模式通过不同的方式实现干扰与资源的调度。

宏基站+ 微基站部署模式5G 超密集组网在此模式下，在业务层面，由宏基站负责低速率、高移动性类业务的传输，微基站主要承载高带宽业务。以上功能实现由宏基站负责覆盖以及微基站间资源协同管理，微基站负责容量的方式，实现接入网根据业务发展需求以及分布特性灵活部署微基站，从而实现宏基站+ 微基站模式下控制与承载的分离。通过控制与承载的分离，5G超密集组网可以实现覆盖和容量的单独优化设计，解决密集组网环境下频繁切换问题，提升用户体验，提升资源利用率。

微基站+ 微基站部署模式5G 超密集组网微基站+ 微基站模式未引入宏基站这一网络单元，为了能够在微基站+ 微基站覆盖模式下，实现类似于宏基站+ 微基站模式下宏基站的资源协调功能，需要由微基站组成的密集网络构建一个虚拟宏小区。虚拟宏小区的构建，需要簇内多个微基站共享部分资源（包括信号、信道、载波等），此时同一簇内的微基站通过在此相同的资源上进行控制面承载的传输，以达到虚拟宏小区的目的。同时，各个微基站在其剩余资源上单独进行用户面数据的传输，从而实现5G 超密集组网场景下控制面与数据面的分离。在低网络负载时，分簇化管理微基站，由同一簇内的微基站组成虚拟宏基站，发送相同的数据。在此情况下，终端可获得接收分集增益，提升了接收信号质量。当高网络负载时，则每个微基站分别为独立的小区，发送各自的数据信息，实现了小区分裂，从而提升了网络容量。

5G关键技术：大规模天线阵列

• 为了更有效挖掘空间自由度、更有效利用发送端能量、找到更多的分集和复用增益，现代通信普遍采用多天线系统来提高物理层链路性能，我们叫做多输入多输出技术（MIMO）。

自从20世纪80年代以来，MIMO在IEEE 802.11，3GPP 4G LTE/5G NR系统中都得到了广泛应用。802.11ac协议中的MIMO方法最多可以支持8个发送和接收天线（8x8 MIMO），而LTE R10/R13/R14则分别支持8/16/32基站侧发送天线来构建MIMO系统。

 

大规模天线阵列（massive MIMO）则是MIMO技术的天然延伸，通过把原有发送侧天线数提高一个数量级（64或者128），进一步同时提升上述提到的增益；

massive MIMO除了可以提供比MIMO更多的空间自由度，也会随着天线数的增加带来其他优势。

动态自组织网络（SON）

SON（Self-Organizing Network，自组织网络）是伴随LTE发展而引出的一套完整的网络理念和规范。SON主要由运营商提出，其主要思路是实现无线网络的一些自主功能，减少人工参与，降低运营成本。

用于满足低时延高可靠场景

优点：-部署灵活

      -支持多跳

      -高可靠性

      -支持超高带宽

软件定义网络（SDN）

软件定义网络（Software Defined Network，SDN）是由美国斯坦福大学clean-slate课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。SDN技术能够有效降低设备负载，协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本，成为了最具前途的网络技术之一。

-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

-服务器和程序部署在控制器上

网络功能虚拟化（NFV）

NFV即Network Functions Virtualization（网络功能虚拟化），就是将传统的CT业务部署到云平台上（云平台是指将物理硬件虚拟化所形成的虚拟机平台，能够承载CT和IT应用），从而实现软硬件解耦合。

-软硬件解耦，虚拟化

-通过硬件实现网路功能

 

NFV与SDN的区别

NFV面向设备形态，将硬件和软件解耦，让网络L2～L7层的功能（防火墙，交换机等）从专有硬件中解放出来，让其能在通用的虚拟设备（vm／容器／微内核）等上运行。实现的是网络资源的池化。

SDN面向网络架构，将控制和转发分离，能实现网络L2～L7层功能的灵活部署、管理和监控调度，实现流量的灵活调度。即实现的是网络资源的管理、调度。

5G面临的挑战-频谱资源

-5GHz以下的频段已近非常拥挤

-解决方向：高频段和超高频段

新场景挑战

-移动热点：大量热点带来的超密度组网挑战

-物联网络：物联新业务远超人的活动范围

-低高空覆盖：无人机，飞机航线覆盖等

新业务/安全挑战

-uRLLC:指无人驾驶，工业自动化等业务，对时延，可靠性要求很高.

低时延的安全算法，边缘计算，隐私保护

-mMTC: 指大规模物联网业务，对连接数量，耗电/待机要求很高

轻量化安全，海量连接信令风暴

-eMBB：指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，AR/VR，对传输速率要求高。

安全处理性能，二次认证，已知漏洞

新架构挑战

-SDN,NFV等新安全挑战

终端设备挑战

-物联网终端爆发式增长

-终端多模研发，工艺，电池寿命等挑战。

 

总之，5G技术能提高现有的带宽，增强型号稳定性，为各种新型产业萌芽打下基础，同时挑战也是与机遇并存的，需要针对不同的应用场景不断优化。