什么是5G?

目录

移动通信的发展历程

1、移动通信技术具有代际演进规律

5G技术指标和三大应用场景

1、5G技术指标

2、三大应用场景

5G应用场景

1、VR、AR、MR

2、车联网

3、远程医疗

4、智慧城市

5G关键技术

1、超密集组网

2、大规模天线阵列

3、动态自组织网络(SON)

4、网络功能虚拟化(NFV)

5G面临的挑战

1、频谱资源

2、新业务

总结



移动通信的发展历程

1、移动通信技术具有代际演进规律

“G”代表一代,每10年一周期,5G就是第五个周期,是第五代移动通信技术

G 年代 主要代表服务
1G 1980s 语音业务
2G 1990s 短信业务
3G 2000s 社交应用
4G 2010s 在线、互动、游戏
5G 2020s 虚拟现实,“零”时延感知

5G技术指标和三大应用场景

1、5G技术指标

指标名称 流量密度 连接数密度 时延 移动性 能效 用户体验速率 频谱效率 峰值速率
4G参考值 0.1Tbps/Km² 10万/Km² 10ms 350Km/h 1倍 10Mbps 1倍 1Gbps
5G取值 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

流量密度流量密度是单位面积内的总流量数,是衡量移动网络在一定区域范围内数据传输能力。在5G时代需要支持一定局部区域的超高数据传输,网络架构应该支持每平方公里能提供数十Tbps的流量。在实际网络中,流量密度与多个因素相关,包括网络拓扑结构、用户分布、业务模型等因素。

连接数密度:在5G时代存在大量物联网应用需求,网络要求具备超千亿设备连接能力。连接数密度是指单位面积内可以支持的在线设备总和,是衡量5G移动网络对海量规模终端设备的支持能力的重要指标,一般不低于十万/平方公里。

时延:时延采用OTT或RTT来衡量,前者是指发送端到接收端接收数据之间的间隔,后者是指发送端到发送端数据从发送到确认的时间间隔。在4G时代,网络架构扁平化设计大大提升了系统时延性能。在5G时代,车辆通信、工业控制、增强现实等业务应用场景,对时延提出了更高的要求,最低空口时延要求达到了1ms。在网络架构设计中,时延与网络拓扑结构、网络负荷、业务模型、传输资源等因素密切相关。

移动性:移动性是历代移动通信系统重要的性能指标,指在满足一定系统性能的前提下,通信双方最大相对移动速度。5G移动通信系统需要支持飞机、高速公路、城市地铁等超高速移动场景,同时也需要支持数据采集、工业控制低速移动或非移动场景。因此,5G移动通信系统的设计需要支持更广泛的移动性。

能效能源效率是指每消耗单位能量可以传送的数据量。在移动通信系统中,能源消耗主要指基站和移动终端的发送功率,以及整个移动通信系统设备所消耗的功率。在5G移动通信系统架构设计中,为了降低功率消耗,采取了一系列新型接入技术,如低功率基站、D2D技术、流量均衡技术、移动中继等。

用户体验速率:5G时代将构建以用户为中心的移动生态信息系统,首次将用户感知速率作为网络性能指标。用户感知速率是指单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量。实际网络应用中,用户感知速率受到众多因素的影响,包括网络覆盖环境、网络负荷、用户规模和分布范围、用户位置、业务应用等因素,一般采用期望平均值和统计方法进行评估分析。

频谱效率:带宽除以频率

峰值速率峰值速率是指用户可以获得的最大业务速率,相比4G网络,5G移动通信系统将进一步提升峰值速率,可以达到数十Gbps。

2、三大应用场景

(1)增强的移动宽带

(2)海量机器通信

(3)超高可靠和低时延通信

5G应用场景

1、VR、AR、MR

VR:虚拟现实,通过各种头戴式,沉浸在虚拟世界中,多用于游戏

AR:增强现实,将虚拟的东西叠加到真实世界,如Pokemon Go

MR:混合现实,把真实的东西叠加到虚拟世界里,通过算法把摄像头拍摄的二维的视频进行三维重建,生成虚拟的三维物体,再叠加入虚拟世界

2、车联网

自动驾驶技术、远控驾驶、编队驾驶、辅助技术

3、远程医疗

远程B超、远程手术等

4、智慧城市

感知、整合、创新、协作

·智慧的交通

·智慧的医疗

·智慧的公共安全

·智慧的公共事业

·智慧的教育与科技

·智慧的市民服务、人的吃穿睡

智慧城市:任何人、任何地点、任何时间、获取所需的服务

5G关键技术

1、超密集组网

 5G需要满足热点高容量场景(高流量密度,高速率)

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,提升信号质量和高速率

2、大规模天线阵列

优点:提升了信号可靠性

提升了基站吞吐率

大幅降低对周边基站的干扰

服务更多的移动终端

3、动态自组织网络(SON)

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

定义:动态自组织网络是在5G蜂窝网络授权和控制下,在本地可以将基站、终端以及各种新型的末端节点动态组建成网络,弥补传统蜂窝网架构在组网灵活性方面的不足。另外,还可以通过组件动态自组织网络,实现设备间的通信,提升网络频谱效率

动态自组织网络应用场景包括:

针对低时延高可靠场景,降低端到端时延,提高传输可靠性;

针对低功耗大连接场景,延申网络覆盖和接入能力。另外,适应灾害等应急场景,提升网络的可靠性。

软件定义网络(SDN)

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

4、网络功能虚拟化(NFV)

软件和硬件解耦,虚拟化

通用硬件实现网络功能

SDN是面向网络架构的创新,直接控制硬件

NFV是面向设备形态的创新,硬件虚拟化做成软件

5G面临的挑战

1、频谱资源

5GHz以下的频段已经非常拥挤

解决方向:高频段和超高频段

2、新业务

eMBB指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务

mMTC指大规模物联网业务

URLLC指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠的业务。

这三大应用场景分别指向不同的领域:

eMBB:AR/VR等传输速率要求高

mMTC:对连接数量,耗电/待机要求高

URLLC:对时延、可靠性要求高

总结

经过本次课程,我对5G方面有了初步的了解,学习了移动通信的发展历程,5G技术指标和三大应用场景,5G的关键技术以及它将要面临的众多挑战。

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