目录

1:移动通信发展历程

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

移动通信技术具有待机演进规律

1:“G”代表一代

2:每10年一个周期

揭开5G的面纱,探索5G_应用场景

​​WCDMA 联通CDMA2000 电信 TD-SCDMA 移动

5G技术指标和三大应用场景

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总结: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再现设备总和时延: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移动速度 能源效率:没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

中国5G之花

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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,海量链接等特点。

ITU定义的三大场景

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5G应用程序——VR/AR

1)VR:虚拟现实

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2)AR:增强现实

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3)MR:混合现实

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VR/AR应用和技术特点

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5G应用场景——车联网

4G车联网

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5G车联网

自动驾驶

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远程驾驶

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编队驾驶

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5G应用场景——远程医疗

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远程B超

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远程手术

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5G应用场景——智慧城市

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智慧城市

1)任何人

2)任何时间

3)任何地点

4)获取所需的服务

通过运营、运维对整个过程进行调整和监控

5G关键技术:超密集组网

1)5G需要满足热点高容量场景(如:跨年,足球比赛现场等等)

2)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

1)宏基站:即铁塔站,一般覆盖范围千米

2)小基站:一般覆盖范围在10m~200m小基站又分为

1.家庭基站

2.微基站

3.微微基站

4.室内基站

5.个人基站

两个基站原理及区别

基站都有自己的频点,频率范围,有用户数,网络好,便于规划,当然费用也较高;直放站是借用基站的资源,它的下挂用户数是占用基站资源的,它的价格便宜,便于覆盖,但网络不好,规划困难,信号如果泄露到基站覆盖范围会对其造成影响。 网络初期会用超大宏基站和直放站覆盖,后期优化会全换成基站,在城市角落盲区和高层基站覆盖不到的地方用直放站覆盖。偏远山区用之前拆的直放站覆盖。

两个基站的特点

1)宏基站:容量大,需要机房,可靠性较好,维护方便。

2)微基站:体积小,不需要机房,安装方便;不同作用的单板一般集成在设备上,维护起来不太方便;

5G关键技术——大规模天线阵列

优点:提高了信号的可靠性

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

5G关键技术——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:在低功耗,大连接场景下延伸网络覆盖和接入能力 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,节点自动配置,并确定最佳多跳传输路径。 动态自组织网络:用于满足低时延高可靠场景 动态自组网有如下优点: 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,就可以进行自动的配置,自动建立并维护网络的拓扑,并确定最佳传输路径,大大降低网络部署成本,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,然后接收端无线信号转发到与它直接视距的下一跳终端。因此数据包在自组网络中传输,能够这样一跳一跳传递下去,直至到达目标终端。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路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蜂窝网络更可靠,因为它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。

支持超高带宽

无线通信领域传输距离越短,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地获得高带宽。也因为传输距离小,需要的功率也小,因此更加绿色节能

5G关键技术——软件定义网络(SDN)

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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

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,提供了新的技术支持。其中软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化了技术 (NFV,可以有效满足这些需求。) 1.SDN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,是用户能通过标准化的接口对各种网络转发设备进行统一管理和配置。 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,更有利于网络的革新与发展。 传统网络设备向SDN的演变,正像大型机与PC机的类比。

IT技术的发张,是由大型机的软硬件一体化,向PC机的:硬件、操作系统、应用软件,这样的分层结构转变的过程。大型机采用的专业的硬件、专业的操作系统、专业的应用软件,不能自由定义软件的功能。而PC机则是一个由软件定义功能的产品:安装windows系统的时候,他就是一台windows计算机:安装Linux操作系统的时候,他就是一台Linux 计算机:安装游戏软件的时候,他就是一台游戏机:安装翻译软件的时候,他就是一台翻译机器......。 当下的网络设备,厂商出场时封装了什么功能,你就只能用什么功能。定义权牢牢把控在厂商手里,无法通过软件自行定义它的功能。而SDN的研究者们,除了希望针对软件设备实现软件定义(可编程可定义)功能外 还要实现数据平面与控制平面的分离,即将原有网络设备的控制功能抽离出来,将网络设备的数据转发与控制能力分开部署。达到更加灵活高效的管理效果。

传统网络设备由原来的软硬件一体化,像网络分层级虚拟化的方向发展:基础设施层、控制层、应用层。SDN的定义 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,为核心网络及上层应用的创新提供良好的平台。

SDN逻辑架构软件定义网络是一种新的网络方法,在物理上分离网络控制平面和转发平面: 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

总结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

5G关键技术——网络功能虚拟化(NFV)

网络功能虚拟或(NFV)软硬件解耦,虚拟化 通用硬件实现网络功能

NFV(network Function virtualization)是采用虚拟化技术,将传统电信设备的软件与硬件解耦,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。传统的专用硬件网络及通信设备,将逐步虚拟化、软件化,部署更加灵活,管理和维护成本更低

5G关键技术——SDN与NFV的深度融合

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

SDN与NFV的关联

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,有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,是链路状态更新更快,容错及收敛效率更高。NFV时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机或虚拟化平台)上部署。是专用硬件与软件解耦,功能更灵活,应用更方便,也可实现云化部署的目标

总结:

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、o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---网络瘦身(专用硬件向通用硬件的转化),业务带宽随需而动

5G面临的挑战-频谱资源

频谱资源挑战 1)5GHz以下的频段已经非常拥挤 2)解决方向:高频段何超高频段

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,比如在3G时代,相对于相应的频段,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。而欧美是采用拍卖的方式,他们首先要拍的此频段的牌照,不如英国的3G频谱就拍买了220亿英镑,德国的则高达450亿美元。 频谱之所以那么贵,是因为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。 各个频段可用频谱带宽比较

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,频谱资源日益稀少。 5G网络需要通过高频段沈志超高频段的深度开发、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。 与低频无限传播特性相比,高频对无线传播路径上的建筑物材质、植被、雨衰、痒衰等更敏感。 不同频段存在不同的使用规则和约束,这时的频谱规划也变得更加复杂。

5G面临的挑战-新业务

新业务挑战1)uRLLC:对时延、可靠性要求很高 2)mMTC:对连接数量、耗电、待机要求较高 3)eMBB:AR/VR等传输速率要求高

围绕业务体验进行网络建设已成为行业共识,体验建网已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。 uRLLC:对时延、可靠性要求很高 mMTC:对连接数量、耗电、待机要求较高 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的阶段,面临非常大的挑战。

5G面临的挑战-新场景

新使用场景挑战

移动热点:大量热点带来的超密组网挑战

物联网罗:物联新业务远超人的活动范围(如智能抄表、智能停车、工业4.0等)

低空、高空覆盖:无人机、飞机航线覆盖等

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

5G面临的挑战-终端设备

终端设备挑战

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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、多元化方向发展,未来互联网终端数量将呈爆发式增长,互联网时代用户长尾化需求、移动互联网时代的用户碎片化要求,将在终端设备形态上得到充分体现。对用户而言,有好的用户体验何以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、电池寿命等技术带来了挑战

5G面临的挑战-安全挑战

三大场景安全挑战

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

新架构安全挑战

SDN、NFV等新安全挑战

这样的技术引入,是网络边界变得十分模糊,以前以来物理边界防护的安全机制难以得到应用。所以,安全机制要适应虚拟化,云化的需要。

5G网络会变得更加开放,相比现有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等恶意软件攻击等,而且攻击会更加猛烈,规模更大,影响也会更大。

本章总结

1)移动通信历程:语音到数据、低带宽到高带宽

2)5G技术指标:中国的5G之花

3)5G的三大应用场景:eMBB、uRLLC、mMTC

4)5G新技术:Massive MIMO、SON、SDN等 (NFV)

5)5G面临的频谱资源、新业务、安全场景等全新挑战