小白带你学废5G入门知识

发展史

移动通信的发展具有代际演进规律

5G中的G代表一代
5G已经是第五代移动通信技术了

1. 1G：1980年诞生，国内第一代通信技术采用的是英国TACS制式，创建初期，该技术主要应用于通话

2. 2G：上世纪九十年代，2G在国内开始推广，主要通信技术由GSM、IS-95、GPRS。二代通信技术代替了一代通信技术，完成了模拟技术向数字技术的转变
   

3. 3G：随着科技的进步，人们对移动网络的需求也在增加，中国于2000年正式发展3G通信技术，3G技术为我们提供了影像通话和大量数据的传输

4. 4G：2010年，4G技术进入我们的生活，4G技术将3G与WLAN集合于一体，能够快速的传输图像、数据、音频等，直至今日，4G技术依然没有淘汰

5. 5G：2020年，中国正式进入了5G元年，5G虽然刚刚起步，但是潜力无限，代表技术有虚拟现实、零时延感知

5G技术指标

指标名称	4G参考值	5G取值
流量密度	0.1Tbps/Km²	10Tbps/Km²
连接数密度	10万/Km²	100万/Km²
时延	10ms	1ms
移动性	350Km/h	500Km/h
能效	1倍	100倍提升（网络侧）
用户体验速率	10Mbps	0.1-1Gbps
频谱效率	1倍	3倍提升（某些场景5倍）
峰值速率	1Gbps	20Gbps

指标名称解释：

1. 流量密度：单位面积内的总流量数
2. 连接数密度：指单位面积内可以支持在线设备总和
3. 时延：发送端到接收端接受数据之间的间隔
4. 移动性：支持用户终端的最大移动速度
5. 能源效率：每消耗单位能量可以传送的数据量
6. 用户体验速率：单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量
7. 频谱效率：每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量
8. 峰值速率：用户可以获得的最大业务速率

5G应用场景

VR技术的进化-云AR/VR的出现和兴起

• PC VR、移动VR、2D VR：AR虽然拥有多样化，但是目前市场主导仍然只有使用微信显示器的单眼智能眼镜，大多数的应用程序主要是2D和受限制的3D内容。
• 云辅助VR和3D AR/MR：基于云的运动处理和运动视角传像的作用越来越大，在VR领域中，硬件转为全室规模应用，除了房间规模的定位追踪，使用室内定位也将开始在AR、VR中发挥更大作用。
• Cloud AR/VR的开始：在接下来的5-10年，AR、VR关键的窗口期开始。
• Cloud VR和MR：AR和VR都将经历最大的增长潜力。这种潜力是由多种技术进步产生的，包括：5G、基于云的服务，以及潜在的硬件改进，例如可以在不透明（用于VR）和半透明（用于AR）之间转换的显示器。

• 车联网
  • 车联网是IT和传统汽车的有机结合，就好比骨骼与血液的关系。事实上，车联网也是物联网在汽车领域的一个细分应用，是指车与路、车与车、车与人、车与基础设施之间实时联网、信息互通，从而对车、人、物、路、位置等进行有效的智能监控、调度、管理的网络系统。

    • 4G时代车联网：简单来说就是汽车的多媒体系统有了一个网络，最大的改变就是导航，我们可以放弃手机导航，不需要手机支架以及数据线了

    • 5G时代车联网：5G，让车联网变为现实
      5G车联网是未来实现自动驾驶、无人驾驶的重要条件。在5G通信网络大量部署的时代，5G车联网因为不需要单独部署路边基础设施，并具备可以和移动通信功能共享计费等优点，所以会迎来快速发展。

远程医疗

远程医疗，指的是利用通信和信息技术来实现异地疾病诊断、治疗和健康护理等多宗医学功能的医疗模式。
5G系统的发展，大大缩短了患者到医院的距离。5G时代的到来，将远程医疗推动到更深层次的发展状态，除了远程视频会诊、面向个人患者和家庭患者的远程会诊和保健系统，远程外科手术亦成为领域内研究热点，移动健康医疗也将成为后续发展趋势中不可或缺的部分。

智慧城市

• 利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量。

• 智能路灯是智慧城市基础设施的重要组织部分，是指通过应用先进、高效、可靠的电力线载波通信技术和无线通信技术等，实现对智慧灯杆的远程集中控制与管理。并能根据车流量自动调节亮度、远程照明控制、故障报警、灯具线缆防盗、远程抄表以及定位服务等功能。
  

5G关键技术

超密集组网

• 5G需要满足热点高容量场景
• 超密集组网：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

• 小基站：即“铁塔站”，覆盖一般在千米范围
  • 家庭基站（Femto cell）
  • 微基站（Micro cell）
  • 微微基站（Pico cell，又称皮基站）
  • 室内基站
  • 个人基站

小基站优势

• 体积小，成本低，安装容易，适合深度覆盖
• 功率小，干扰小，更小的范围内实现频率复用，提升容量
• 距离用户近，提升信息质量和高速率

分类	用户密度	基站密度	基站半径（m）	用户数据速率	部署场景
微基站	高	中	＜300	中	室外补盲区
微微基站	高	中	＜100	中	室外热点
室内基站	中/高	中	＜50	高	办公室、购物场
家庭基站	低	高	＜20	高	家庭、咖啡馆
个人基站	低	高	＜10	低	D2D

大规模天线阵列

优点：

1. 提升了信号可靠性
2. 提升了基站吞吐率
3. 大幅降低对周边基站的干扰
4. 服务更多的移动终端

动态自组织网络（SON）

SON:指可自动协调相邻小区、自动配置和自优化的网络，以减少网络干扰，提升网络运行效率。
用于满足低时延高可靠场景
优点：

1. 部署灵活
2. 支持多跳
3. 高可靠性
4. 支持超高带宽

软件定义网络（SDN）

SDN（Software Defined Network）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。

网络功能虚拟化（NFV）

• NFV简介
  • NFV的定义：NFV希望通过标准的IT虚拟化技术，把网络设备统一到工业化标准的高性能、大容量的服务器，交换机和存储平台上。该平台可以位于数据中心、网络节点及用户驻地网等。
  • NFV和SDN的关系：软件定义网络（SDN）是一种新型的网络架构，它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，并实现可编程化控制。 SDN由应用层、控制层和基础设施层组成，其三大特征是控制转发分离、控制层进行逻辑集中控制、控制层向应用层开放API。符合这3个特征的SDN架构可能影响和改变运营商网络的方方面面，是目前通信产业非常关注的技术。

5G面临的挑战

新的业务

1. eMBB:AR/VR等传输速率要求高
2. mMTC:对连接数量、耗电/待机要求较高
3. uRLLC:对时延（1ms）、可靠性（99.999%）要求很高

新的场景

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

终端设备

1. 联网终端爆发式增长
2. 终端多模研发、工艺、电池寿命等挑战

安全挑战

• 三大场景安全挑战
  • eMBB:安全处理性能，二次认证、已知漏洞
  • mMTC:轻量化安全，海量连接信令风暴
  • uRLLC:低延时的安全算法、边缘计算、隐私保护
• 新架构安全挑战
  • SDN.NFV等新安全机制要适应虚拟化、云化的需要