浅谈我对5G的理解

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

---

1.5G是什么？

5G是第五代移动通讯系统的简称。我对他的理解是万物互联，与之前的3G，4G不同的是，它不仅仅应用于移动通信方面，而且还应用于很多方面。

用一张图片来解释

 

 

可以很明显的看到，相对于移动通信方面，他增加了物联网领域，5G发展的主要驱动力是移动互联网和物联网。

 
 

5G包括三个领域。eMMB(增强型移动宽带)，uRLLC(超高可靠低时延通信)，mMTC(大规模机器类通信)。后两个是物联网领域的。

 
 

然而这三个领域对于网络能力需求是不同的

比如对于自动驾驶来说，低时延是很重要的（也就是uRLLC）

对于自来水厂来说要保存每个家庭的用电量，大容量是很重要的（mMTC）

他的关键指标都不一样，单一网络是很难实现的，像3G就是应对MBB所设计的。

那么难道我们要建立三个5G吗？

显然这是成本很高的

那么他是怎么实现的呢？

 
 

2. 5G背后的原理

 

在将怎么实现之前之前，我们要重新设计5G网络架构。

 

2.1 5G网络架构设计

 

2.1.1 5G网络架构设计中需考虑的问题

1. 集中式的全局优化与分布式多点协作哪种更优

集中和分布架构之辩：分部式服务的理念与集中式服务的实用性之间一直存在分歧

2. 接入网的多种形态如何组网

C-RAN、D-RAN、无线Mesh、D2D、Multi-RAT等多种接入架构存在，拓扑是何种形态

宏站、小站、Relay、WLAN等多种接入节点存在

3. NFV和SDN将对架构产生何种程度的影响

NFV彻底颠覆网元形态，实现网络功能可编程

SDN完全改变传统网络设计模式，实现网络连接可编程

4. 接入网及核心网的界限是否会被打破？

无线接入网+核心网——移动网的传统架构

LIPA、Relay、C-RAN等已显示融合的迹象

 
 

2.1.2 5G网络框架设计原则

1.控制面与用户面分离。能使网络功能更加独立，这样他的灵活性和伸缩性都提高了，比如说某一个网络功能，它包含的用户面和控制面没有分离，如果控制面的用户非常多，我要升级控制面的话，用户面也要随之升级。或者用户面速度方面需要提高，也会牵扯到控制面。

2.网络功能服务化。传统网络是使用的专用的通信设备，专用的通信设备是软件和硬件结合的很紧密的。这样就很难实现网络切片。要让软件和硬件解耦，解耦后软件可以更换。从而通过通用的硬件来实现不同的软件，不同的网络功能。像我们的PC机一样。

3.网络接口总线化。任何一个网络功能都可以给其他网络功能提供服务，也可以从其他网络功能获取服务。

4.最小化接入网与核心网关联。核心网会变成一个大一统的网络，他不仅支持5G的接入网络，还支持4G，3G，2G，甚至是wifi，固网。不管接入网是什么，都可以接入5G核心网。

5.网络功能无状态化。使一些网络功能专门实现存储，其他的功能专门实现控制

6.网络能力开发。给用户提供定制化服务，

 
 

2.1.3 5G网络框架

5G的网络框架主要包括5G接入网和5G核心网以及承载网。其中NG-RAN代表5G接入网，5GC代表5G核心网。

 

NG-RAN节点是以下两个节点：

gNB：为5G UE提供NR用户面和控制面协议和功能。

ng-eNB：为4G UE提供E-UTRA用户面和控制面协议和功能。

详情可见：3分钟看懂，5G接入网！ - 知乎 (zhihu.com)

 
 

2.1.3.1 5G接入网

一文看懂5G网络（接入网+承载网+核心网）_通信 (sohu.com)

无线接入网，也就是通常所说的RAN（Radio Access Network）。

简单地讲，就是把所有的手机终端，都接入到通信网络中的网络。

让语音或数据信息变成适合在无线信道上传输的信号，或是把接收到的无线信号还原为数据，需要在发射端对无线信号进行编码，调制，在接收端进行解调，解码。

同时把其他网络控制消息和用户数据像微信的聊天内容、音乐、视频等送到核心网做进一步处理

大家耳熟能详的基站（BaseStation），就是属于无线接入网（RAN）。

**·5G接入网组成：**5G网络中，接入网被重构为3个功能实体：

• CU（Centralized Unit，集中单元）

• DU（Distribute Unit，分布单元）

• AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）

本质: 本质上，无线接入网的作用就是有线信号和无线信号之间的转换，以便让手机终端可以通过无线电磁波与外界联系。

 
 

2.1.3.2 5G核心网（5GC:5G Core）架构

5GC（5G Core）进行了变革型的演进，采用全新的基于服务的架构（SBA），支持网络功能虚拟化（NFV）/软件定义网络（SDN）、网络切片等技术，实现灵活部署和差异化业务
 
（基于服务的架构SBA，Service Based Architecture）

NF(Network function），基于服务的接口(SBI)

核心网（Core Network，CN）处于网络数据交换的中心地位，主要负责终端用户的移动性管理，会话管理和数据传输

 
 

2.2 5G关键技术

5G所涉及到的网络技术有很多，如图所示

下面简单的介绍几个关键技术。

 

2.2.1 全频段

 

2.2.2 超密集组网

传统的无线通信系统通常采用小区分裂的方式减小小区半径 ，然而随着小区覆盖范围的进一步缩小 ，小区分裂将很难进行

需要在室内外热点区域密集部署低功率小基站，形成超密集组网。

超密集组网是解决未来 5G 网络数据流量爆炸式增长的有效解决方案 。 据预测，在未来无线网络宏基站覆盖的区域中，各种无线接入技术（radio access technology，RAT） 的小功率基站的部署密度将达到现有站点密度的10倍以上，形成超密集的异构网络。

 
超密集组网的主要问题

1.系统干扰问题。在复杂、异构、密集场景下，高密度的无线接入站点共存可能带来严重的系统干扰问题， 甚至导致系统频谱效率恶化。如何有效进行干扰消除、干扰协调成为超密集组网提升网 络 容 量 需 要 重 点 解 决 的 问 题

2.移动信令负荷加剧。随着无线接入站点间距进一步减小， 小区间切换将更加频繁，会使信令消耗量大幅度激增，用户业务服务质量下降。考虑到现有LTE 网络采用的分布式干扰协调技术，其小区间交互控制信令负荷会随着小区密度的增加以二次方趋势增长 ，极大地增加了网络控制信令负荷

3.系统成本与能耗。为了有效应对热点区域内高系统吞吐量和用户体验速率要求，需要引入大量密集无线接入节点、丰富的频率资源及新型接入技术， 需要兼顾系统部署运营成本和能源消耗， 尽量使其维持在与传统移动网络相当的水平。

4.低功率基站即插即用。为了实现低功率小基站的快速灵活部署， 要求具备小基站即插即用能力，具体包括自主回传、自动配置和管理等功能。

 

2.2.3 Massive MIMO

Massive MIMO（大规模天线技术，亦称为Large Scale MIMO）

5G，毫米波天线数量规模扩展到了64天线，128天线，256天线，在60GHz以上频段最大做大了1024根天线，称为Massive MIMO（mMIMO），也叫做大规模MIMO。这时候信号可以在水平和垂直两个方向上进行控制，成为真正的波束，所以Massive MIMO也被叫做3D-MIMO。

 

2.2.4 5G 编码 LDPC码和Polar码

MIT的Robert Gallager最早提出了逼近香农极限的LDPC码（低密度奇偶校验码）

Gallager的学生，Erdal Arikan提出了第一个达到香农极限的编码Polar码（极化码）

对于5G编码，B站有一个很有意思的视频，可以看一下。

5G，华为，土耳其——我花了两个月，搞懂了5G背后的秘密_哔哩哔哩_bilibili

 

2.2.5 D2D

D2D(Device-to-Device，设备到设备) 通信

是一种基于蜂窝网系统的近距离数据直接传输技术。用户数据不需要通过基站转发，每个用户节点都能发送和接收信号，并具有转发消息的功能，直接在终端之间进行数据传输。但这一系列动作的控制，如会话的建立、维持，无线资源分配以及计费、鉴权、识别、移动性管理等仍由蜂窝网络负责，因此相关的控制指令数据还是需要经过基站传输。也就是用户面采用D2D传输，控制面还是经过网络。

 

2.2.6 SBA/SDN/NFV

NFV、SDN和SBA在5G 中的关系，可以类比为“点”、“线”、“面”，NFV 负责虚拟网元，形成“点”；SDN 负责网络连接，形成“线”；而所有这些网元和连接，都在SBA架构下完成网络功能，SBA形成“面”。在SBA/SDN/NFV加持下，网络切片功能得以实现，运营商有望可以像互联网公司一样快速响应客户的需求。

SBA是基于服务的架构

SDN是面向网络架构的创新

NFV是面向设备形态的创新

 

2.2.6.1 SBA

SBA设计的目标是以软件服务重构核心网，实现核心网软件化、灵活化、开放化和智慧化。
 

2.2.6.2 SDN

SDN采用软件集中控制、网络开放的三层架构，高效调度全网资源，提升网络虚拟化能力

SDN是一种网络架构，包括3层：转发、控制、应用

SDN与传统IP网络的区别：

•传统IP网络采用分布式路由计算，扩展性和网络可靠性好，但缺少全局网络资源的灵活调度能力

•SDN采用全局集中式路由计算，可高效调度全网资源

SDN 的思路是将网络设备的控制平面集中上收到Controller

网络设备上只保留转发平面（转发表项）

通过Controller实现网络统一部署和网络自动化

 

2.2.6.3 NFV

NFV 实现软硬件的解耦，更重要的是实现网元的编排功能，提升管理和维护效率,增强灵活性

 

2.2.7 网络切片技术

前面提到，我们无法用单一的网络同时实现eMMB(增强型移动宽带)，uRLLC(超高可靠低时延通信)，mMTC(大规模机器类通信)

这就要提到网络切片了，不是用三个物理网络，而是用三个逻辑网络。

网络切片在一张物理的5G网络上“切”出许许多多虚拟的网络切片，每个切片拥有不同的性能指标。根据不同行业，不同业务，不同客户的需求

5G网络切片的基础在于虚拟化，离不开SBA(基于服务的架构)，NFV（网络功能虚拟化），SDN（软件定义网络）等新技术的应用

转换接口：什么是网络切片？网络切片是如何工作的？ - 华为 (huawei.com)

 

2.2.8 MEC

5G系统架构采用云原生（Cloud Native）的设计思路，以服务化架构SBA将网元功能拆分为小粒度的网络服务，组成不同的网络切片，提供差异化的场景和敏捷灵活的业务变更

运营商通过在移动网络内部引入MEC，在无线接入网边缘位置融合计算、存储、网络以及无线网络服务API能力，就近提供边缘智能业务，降低传输时延、缓解网络拥塞，主要应用在在视频缓存与优化，监控数据分析，虚拟现实/增强现实（VR/AR），业务密集的大型场所，车联网等领域

在这里插入图片描述

 
 

学着学着我发现5G的技术实在太多太难了

我好像也没讲清楚5G到底是怎么实现的

不过！5G真的很强！！！

不学了

下次一定

准备期末复习去了