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重温5G的发展历程

2021-11-19 16:56:17

文章目录

1. 移动通讯发展历程

2. 5G技术指标

3. 5G应用场景

4. 5G关键技术

5. 5G面临的挑战

6. 总结

1.  移动通讯发展历程

  1.1  移动通讯具有代际演进规律

        ·“G"代表一代

        ·每10年一个周期

1G: 蜂窝通信技术时代 1980s,从PNST的增值服务,到独立的移动通信业务。

2G: 数字通信技术时代1990s,前3G时代走向统一标准。

3G: 宽频通信技术时代2000s,通信标准的重新定义。

4G:通信技术标准统一时代2010s,完成统一标准。

5G: 软件定义网络技术时代 2020s为了满足5G通信网络对于不同连接特征的需求,5G网络采用了很多新的无线通信技术:大规模天线阵列(Massive MIMO),毫米波通信(mmWave)。

2.  5G技术指标

中国5G之花  此图片来源于网络 

流量密度:单位面积内的总流量数。

连接数密度:指单位面积内可以支持的在线设备总和时延:发送端到接收端接收数据之间的间隔。

时延:指一个数据从一个网络的一端传送到另一个端所需要的时间。

移动性:支持用户终端的最大移动速度。

能源效率:每消耗单位能量可以传送的数据量。

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 。

频谱效率:用户可以获得的最大业务速率。

3.  5G的应用场景

ITU定义的三大应用场景   此图片来源于网络

eMBB: 增强型移动宽带

mMTC: 大规模机器类通信

uRLLC:高可靠低时延通信

 ( VR:虚拟现实 AR:增强现实 MR:混合现实    车联网   远程医疗  智慧城市 )

4.  5G关键技术

 4.1 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

    宏基站: 即"铁塔站" 一般覆盖范围数千米

    小基站:一般覆盖范围在10M~200M

    小基站又分为: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, 提高信号质量和高速率

部署架构: 1.宏基站+微基站  2.微基站+微基站

关键技术: 1.多连接技术   2.无线回传技术

(Massive MIMO )大规模天线阵列 :  传统天线2, 4, 8, 根天线 , 大规模天线阵列可达64, 128, 256, 根天线

  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. 服务更多移动终端

4.2 动态自组网络(SON)

                 动态自组网络用于满足5G 两方面的性能要求:低时延,高可靠场景下降低端到段时               延,提高传输可靠性:在低功耗,大连接场景下延伸网络覆盖和接入能力。

         动态自组网有如下优点:1.部署灵活   2. 支持高跳  3.高可靠性  4.支持超高带宽

4.3 软件定义网路(SDN)

  4.3.1  SND起源

         SDN起源于2008年美国斯坦福大学教授Nick McKeown等人的Ethane 项目研究。其主要思想是将传统网络设备的数据平面和控制平面分离,使用户能够通过标准化的接口对各种网络转发设备进行统一的管理和配置。这种架构具有可编程可定义的特性,对网络资源的设计,管理和使用提供了更多的灵活性,更有力与网络的革新与发展。

  4.3.2  SDN定义

        SDN的核心技术是通过网络设备控制平面与数据平面区分开来,从而实现网络流量的灵活控制,为核心网络及上次应用的创新提供良好的平台。
 

4.4网络功能虚拟化(NFV)

         NFV (Network Function Virtualization )是采用虚拟化技术,将传统电信设备的软件和硬件解耦,基于通用计算,存储,网络设备实现电信网络功能,提升管理和维护效率,增强系统灵活性。
 

5.  5G面临的挑战

     5.1  频谱资源的挑战

               目前可用的频谱资源是有限的。相对于提高频谱利用率,增加频谱带宽的方法显得更简            单直接。在频谱利用率不变的情况下,可用带宽如果翻倍则可以实现的数据传输速率也翻              倍。但是,现在常用5GHz以下的频段已经非常拥挤。因此使用高频段和超高频段,成为各            大厂商不约而同的解决办法。比如使用28GHz和60GHz的毫米波频段,是最有希望使用在5G          的两个频段。使用28GHz和60GHz的毫米波频段,可以获得更大的带宽。综上,5G技术的的          落地,仍然要面对频谱资源稀缺及高频段开发等挑战

    5.2  新业务的挑战

               围绕业务体验进行网络建设已经成为行业共识,体验建网以达成用户体验需求作为网络           建设的目标,规划方法涉及的关键能力包括:业务识别、体验评估、GAP分析、规划仿真               等。根据业务类型的体验需求特征,不同的5G业务要求不同。

               针对5G新业务在待机、时延、可靠性等方面的体验需求,当前在评估方法、仿真预测、         以及规划方案等领域均处于空白或刚起步阶段,面临非常大的挑战。

    5.3 新使用场景的挑战

              因为大量新业务的引入,5G应用场景将远远超出传统移动通信网络的范围,包括:

       移动热点:人群的聚集和移动热点场景,需要有超密组网场景的网络规划方案

       物联网络:面向各种垂直行业的物联新业务,如智能抄表、智能停车、工业4.0等,其应用场                           景大大超出了人的活动范围。

       低空/高空覆盖:很多国家明确提出了通过移动通信网络为低空无人机提供覆盖和监管的需求;                                    高空飞机航线覆盖,5G为飞机航线提供了高速数据业务。

        对于这些应用场景,无论是相关的传播特性、还是组网规划方案,目前基本是空白,需要开                    展相关的课题研究。

    5.4终端设备带来的挑战

                  随着移动互联网和物联网的兴起,终端不断向便携式、智能化、多元化发展,未来物               联网终端数量将呈爆发式增长,互联网时代的用户长尾化需求、移动互联网时代的用户碎               片化需求、将在终端设备上得到充分的体现。对用户而言,友好的用户体验和应用的多样              化 成为服务类终端的核心竞争力。 

                   因此,要实现低成本多模终端的研发,对终端设备的芯片和工艺、射频技术以                        及器件、电池寿命等技术研发带来了挑战。

  6.  总结

         SDN--软件定义网络

         SDN的核心思想--转发与控制分离,从而实现网络流量的灵活控制

         SDN网络的新角色--控制器

         承上:对上层应用提供网络编程的接口

         启下:对下提供对实际物理网络网元的管理

          NFV--网络功能虚拟化

          NFV的核心思想--软件和专用硬件解耦,软件与通用硬件联姻

          NFV的核心技术--虚拟化,把通用服务器的CPU,内存,IO等资源切片给多个虚拟机使                      用。吧交换机路由器防火墙的功能作为软件应用运行在虚拟机里来模拟它们的功能。                      通过openstack 来进行管理和编排

          NFV带来的网络革命--网络瘦身(专用硬件向通用硬件的转化),业务带宽随需而动

          URLLC:对延时(1ms)和可靠性(99.999%)的要求很高
          mMTC: 对连接数量和耗电/待机的要求较高
          eMBB:要求移动网络对AR/VR等新业务提供良好的用户体验