一  移动通讯发展历程

      1.1  移动通讯技术具有代际演进规律

二   5G技术指标

      2.1  各技术指标及解释

      2.2  中国5G之花及ITU定义的三大应用场景

三   5G应用场景

四   5G关键技术

      4.1  超密集组网

      4.2  大规模天线阵列

      4.3  动态自组织网络(SON)

      4.4  软件定义网络(SDN)

      4.5  网络功能虚拟化(NFV)

      4.6  SDN与NFV的深度融合

五   5G面临的挑战

     5.1  频谱资源条挑战

     5.2  新业务挑战

     5.3  新使用场景挑战

     5.4  安全挑战

     5.5  终端设备挑战

 

  一  移动通讯发展历程

     1.1  移动通讯技术具有代际演进规律,

        ”G“代表一代

         每1年一个周期

   揭开5G的神秘面纱_5g

     WCDMA(联通)    CDMA2000(电信)    TD-SCDMA(移动)


  二  5G技术指标  

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      2.1  各技术指标及解释

          流量密度:单位面积内的总流量数(也就是每平方米承受的流量是多少)

          连接数密度:指单位面积内可以支持的移动设备总数(意思就是每平方千米连接的移动设备数量)

          时延:发送端到接收端接收数据之间的间隔(就好比用手机使用百度搜索打开页面返回的时间,这个是越短越好)

          移动性:支持移动终端的最大移动速度(坐高铁时,如果移动性比高铁速度快的多,在高铁上使用网络时感觉才会更好)

          能源效率:每消耗单位能量可以传送的数据量(5G设备1KWh能量消耗可以支持5425GB流量的传输,相当于1度电可以供我们下载5000部左右的高清电影,而4G只能下载200部)

          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(也就是说上传及下载的最大速率)

    2.2  中国5G之花及ITU定义的三大应用场景

揭开5G的神秘面纱_组网_03

相比4G而言,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

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        VR  虚拟现实                                        AR  增强现实 

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          MR 混合现实                                         车辆网

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                                             远程医疗

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                                             智慧城市......

第五代移动通信技术,根据国际电信联盟(ITU)IMT-2020愿景,5G将包含增强型移动宽带(eMBB),大规模机器类型类型(mMTC),以及高可靠和低时延通信(URLCC)三类应用

四   5G关键技术

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    4.1  超密集组网

     5G需要满足热点高容量场景,例如大型会议,运动比赛场等。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,又分为家庭基站(Fmto 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。距离客户近,提高信号质量和高速率。

   4.2  大规模天线阵列

    Massive MIMO可达64,128,256个天线,提升信号可靠性,提升基站吞吐率,大幅度降低对周边基站的干扰,服务更多的移动终端。

   4.3  动态自组织网络(SON)

     动态自组织网络用于满足5G两方面的性能要求:低时延,高可靠场景下降低端到端时延,提高传输可靠性,在低功率、大连接场景下延伸网络覆盖和介入的能力。在传统蜂窝网络架构下,终端必须通过基站和蜂窝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前必须选择一个服务基站,与服务基站保持建立并保持连接。在动态自组织网络中,任何介入网节点,都可以与上一个或多个相邻的节点进行无线通信,整个自组织网呈网状结构。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)均通过无线通讯,无需任何布线,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,节点间自动配置,并确定最佳多跳传输路径。

   动态自组织网络具有以下优点:

   部署灵活   部署方面,动态自组织网络节点(终端或微型基站),只要处于目标区域,就可进行自动的配置,自动建立并维护网络拓扑,确定最佳传输路径,大大减低网络的部署成本,加快部署速度。

  支持多跳   动态自组织网络支持多跳传输,与发射端有直接视距的接收端先接收到无线信号,然后接收端将无线信号转发到与他直接视距的下一跳终端。因此数据包在动态自组织网络中传输,能够这样一跳一跳传下去,直至达到目标终端。动态自组织网络通过多跳方式传输,大大扩展了应用领域和覆盖范围。

   高可靠性   动态自组织网络支持空口中多余冗余传输提高传输可靠性,还通过支持多路由传输提高端到端传输可靠性,如果传输中某节点故障,可通过备用路径切换到另一节点。因此动态自组织网络比传统的蜂窝网络更可靠,因为他不依赖于单一节点的性能。在传统蜂窝网络中,如果某一基站故障,该基站覆盖的区域也将瘫痪。

   支持超高宽带  无线通讯领域传输距离越短,越容易获得高带宽。因为传输距离越长,干扰因素也会大大增加。而自组织网络的多跳传输可以有力的获得高带宽。也因为传输距离越小,需要的功率也小,因此更加绿色节能。    

   4.4  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

     服务和程序部署都在控制器上

     在5G的网络架构设计上要遵循智能、开放、灵活高效的原则。IT新技术给了5G网络架构的实现,提供了新的技术的支持。其中软件定于网络(SDN)和网络功能虚拟化技术(NFV)可以满足这些需求。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,为核心网络以及上层应用的创新提供了良好的平台。

    SDN的核心思想是转发和控制分离,从而实现网络流量的灵活控制,SDN网络的新角色——控制器。SDN发挥着承上启下的作用,承上是对上层应用提供网络编程的接口,对下提供对实际物理网络网元的管理。

 4.5  网络功能虚拟化(NFV)

    NFV(Network Function Virtualization)是采用虚拟化技术,将传统电信设备的的软件及硬件解耦,基于计算、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。

    SDN与NFV的区别与关联:

    SDN是从传统的全分布式、对等控制的网络架构,演变为控制平面和数据平面分离的架构,由分布式管理变成集中管理,控制平面可以在全局掌握数据平面设备的性能及状态,使链路状态更新更快,容错及收敛效率更高。

   NFV是将传统的软硬件一体化的网络设备,演变为软件化,在通用硬件(如:PC及或虚拟化平台)上部署。使专用硬件与原件解耦,功能更灵活,应用更方便,也可实现云化部署的目标。

   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

   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。

   4.6  SDN与NFV的深度融合 

        SDN与NFV的本质区别和关联:二者都是将传统的网络化设备进行软硬件解耦的特点,从封闭走向开放,从独享的硬件走向共享的软件,二者有很强的互补性,但他们又相互独立,没有必然的依赖性。SDN侧重于控制与转发的分离,网络集中控制(逻辑上)和网络虚拟化,主要影像的是网络结构。而NFV侧重的软件与硬件的分离,硬件通硬化和网络功能虚拟化,主要影像的是设备形态。因此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. 1 频谱资源条挑战

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           我国的频段划分属于行政划分,和相对比的市场主导有区别。在欧美国家,频段是用来拍卖的,比如3G时代,对于相应的频段,我国三大运营商都已经行政划分好了,剩下的就是比拼服务。而欧美国家采用拍卖的方式,他们首先要拍的此频段的牌照,比如英国的3G频谱就拍卖了220亿英镑,德国的则高达450亿美元。频谱之所以这么贵,是因为目前可用的频谱资源是有限的。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数据传输速率也翻倍。但是现在常用的5GHz以下的频段已经非常拥挤。因此使用高频段和超高频段,成为各大厂商不同约定的解决办法。比如使用28GHz和60GHz的毫米频段,是最有希望使用在5G的两个频段。用着两个频段可以获得更大的带宽。

     综上,5G技术的落地,仍然要面对频谱资源稀缺及高频段开发等挑战。

    通信产业发展至今,频谱资源日益稀缺,5G网络需要通过高频段或者超高频段(例如毫米波频段)的深度开发、非授权频段的使用,满足未来网络对频谱资源的需求。这些技术的发展同时也需要终端设备的升级。与低频无线传播特性相比,高频对无线传播路径上的建筑物材质、植被、雨衰,氧衰等更敏感。不同频段存在不同的使用规则和约束,这使得频谱规划也变得更加复杂。  

  1. 2 新业务挑战

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       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,规划方法设计的关键能力摆阔: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。

      uRLLC:对时延和可靠性的要求很高

      mMTC:对连接数量和耗电/待机的要求很高      

      eMBB:要求移动网络为AR/VR等新业务提供良好的用户体验。

     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,面临非常的的挑战。

  1. 3 新使用场景的挑战

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       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讯网络的范围,包括:

       移动热点:人群的聚集和移动会带来大量的移动热点场景,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:很多国际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为高空飞机航线提供高速数据业务。

       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,目前基本上是空白,需要开发相关的课题研究。

  1. 4 安全挑战

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  1. 4.1 三大场景的安全挑战

      5G带来了三大应用场景:增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器类通信(mMTC)、高可靠低时延通信(uRLLC)。这三大应用场景中,对增强移动宽带来说,他需要更高的安全处理性能,保障用户获得良好的体验速率;二是它需要支持外部网络的二次认证,能够更好的与业务结合在一起;三是需要解决目前发现的已知漏洞的问题。对低功耗的大规模机器类通信来说,需要轻量化的安全机制,以适应功率受限、时延受限的物联网设备的需求;需要通过群组认证机制,解决海量物联网设备认证是所带来的信令风暴的问题;需要对抗DDOS攻击机制,应对由于设备安全能力不足被攻击者利用,而对网络基础设施发起攻击的危险。对于高可靠低时延通信来说,需要提供低时延的安全算法和协议,支持隐私和关键数据保护。

5.4.2  新架构的安全挑战

     面对5G带来的三大应用场景,以IT为中心的网络架构,会引入超密集组网、SDN、NFV、云计算等新技术。新技术也带来了新挑战,比如SDN和NFV。这样的技术引入,是网络边界变得十分模糊,以前依赖物理边界防护的安全机制难以得到应用。所以安全机制需要使用虚拟化、云化的需要。5G网络会变得更加的开放,相比现代的相对封闭的移动通信系统来说,会面临更多的网络空间安全问题。比如APT攻击、DDOS、、Worm恶意软件攻击等,而且攻击会更加猛烈,规模更大,影像也会更大。

  1. 5 终端设备带来的挑战

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      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、多元的的方向发展,未来互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,将在终端设备形态上得到充分体现。对于用户而言,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、电池寿命等技术的研发带来了挑战。