浅谈5G

一、移动通信发展史

• 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

   二、5G技术指标和三大应用场景

1、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	10 Mbps	10 Mbps	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：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
• 移动性：支持用户终端的最大速度
• 能效：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：每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量
• 峰值速率：用户可以获得的最大业务速率

 

2、3大应用场景

   ITU定义的三大应用场景

eMBB即增强移动宽带，具备超大带宽和超高速率，实现用户体验速率100 Mbps、移动性500 Km/h；

mMTC即低功耗大连接，支持连接数密度100万/平方公里

uRLLC即高可靠低时延，支持单向空口时延最低1ms级别；

​ ​

  5G对比4G关键性能指标有了相当大程度的提升

总结起来就是5G具有高速率、低时延、大容量、高可靠、海量连接等特点。

三、5G应用场景

• 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​​

四、5G关键技术

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。

​2、大规模天线阵列

​3、动态自组织网络（son）

用于满足低时延可靠场景

优点

• 部署灵活
• 支持多跳
• 高可靠性
• 支持超高带宽

  

​动态自组织网络（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。

在传统蜂窝网络架构下，终端必须通过基站和蜂窝网网关才能与目标端进行通信。在这种架构下，终端在获得数据传输服务前必须首先选择一个服务基站，与服务基站建立并保持连接。

在动态自组织网络中，任何接入网节点，都具备数据存储和转发功能，动态自组网中的每个节点，都具备无线信号收发能力，并且每个节点，都可以与上一个或多个相邻节点进行无线通信，整个自组网呈网状结构。

在动态自组织网络中，任何节点间（终端与终端、终端与基站、基站与基站等）均通过无线通信，无须任何布线，并具有支持分布式网络的冗余机制和重新路由功能。任何新节点（如终端或基站）的添加，只需要简单的接上电源即可，节点可自动配置，并确定最佳多跳传输路径。

设备到设备通信（D2D），指数据传输不通过基站，而是允许一个移动终端设备与另一个移动终端设备直接通信。是一种基于3GPP通信系统的近距离通信技术，主要包括两大功能：

·Direct discovery，直连发现功能，终端发现周围有可以直连的终端；

·Direct communication，直连通信，与周围的终端进行数据交互。

路由器 = 专用路由器硬件 + 对应的ISO软件组成

电脑 = CPU + 操作系统

4、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​

SDN---软件定义网络

SDN的核心思想---转发和控制分离，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

5、网络功能虚拟化（NFV）

• 软硬件解耦，虚拟化
• 通用硬件实现网络功能​

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。把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---网络搜身（专用硬件向通用硬件的转化），业务带宽随需而动

SDN与NFV的深度融合

• SDN是面向网络架构的创新
• NFV是面向设备形态的创新
• SDNFVS使整个网络可编程、​可灵活性

五、5G面临的挑战

​1、频谱资源

• 5GHz以下的频段已非常拥挤
• 解决方向：高频段和超高频段

2、新业务

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

​3、新场景

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

​4、终端设备

• 联网终端爆发式增长
• 联网多模研发、工艺、电池寿命等

5、安全

• 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：低时延的安全算法、边缘计算、隐私保护
• SDN、NFV等新安全机制要适应虚拟化、云化的需要