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从六个方面论述5G无线移动通信技术 (2).pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.46M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    从六个方面论述 5G 无线移动通信技术
    （1）概述 5G 无线通信技术的发展概况，与 4G 比较有哪些特点 .. 3 （2）5G 系统的应用背景 .................................... 6 （3）5G 系统网络架构探讨 .................................. 7 （4）5G 系统的关键技术 ................................... 10 （5）5G 系统优势与难点 ................................... 11 （6）5G 频谱资源分配进展 ................................. 14 参考： .................................................. 16
    （1）概述 5G 无线通信技术的发展概况，与 4G 比较有哪些特点 发展概况： ① 早在2009年，华为就已经展开了相关技术的早期研究，并在之后的几年里向外界展 示了5G原型机基站。 ② 2013年2月，欧盟宣布将拨款5000万欧元，加快5G移动技术的发展，计划到2020年推 出成熟的标准。2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布已成功开发第5代移动通信的核 心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps 以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里。相比之下，当前的第四代长期演进（4GLTE） 服务的传输速率仅为75Mbps。而此前这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题，而三星 电子则利用64个天线单元的自适应阵列传输技术破解了这一难题。与韩国目前4G技术的传送 速度相比，5G技术预计可提供比4G长期演进（LTE）快100倍的速度。利用这一技术，下载一 部高画质电影只需十秒钟。华为在2013年11月6日宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术 进行研发与创新，并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络。 ③ 2014年5月8日，日本电信营运商NTTDoCoMo正式宣布将与Ericsson、Nokia、Samsung 等六家厂商共同合作，开始测试凌驾现有4G网络1000倍网络承载能力的高速5G网络，传输速 度可望提升至10Gbps。预计在2015年展开户外测试，并期望于2020年开始运作。 ④ 2015年3月1日，英国《每日邮报》报道，英国已成功研制5G网络，并进行100米内的 传送数据测试，每秒数据传输高达125GB，是4G网络的6.5万倍，理论上1秒钟可下载30部电 影，并称于2018年投入公众测试，2020年正式投入商用。2015年3月3日，欧盟数字经济和社 会委员古泽奥廷格正式公布了欧盟的5G公司合作愿景，力求确保欧洲在下一代移动技术全球 标准中的话语权。奥廷格表示，5G公私合作愿景不仅涉及光纤、无线甚至卫星通信网络相互 整合，还将利用软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）、移动边缘计算（MEC）和 雾计算等技术。在频谱领域，欧盟的5G公私合作愿景还将划定数百兆赫用于提升网络性能， 60GHz及更高频率的频段也将被纳入考虑。欧盟的5G网络将在2020年-2025年之间投入运营。 2015年9月7日，美国移动运营商Verizon无线公司宣布，将从2016年开始试用5G网络，2017 年在美国部分城市全面商用。 ⑤ 2016年3月，工信部副部长陈肇雄表示：5G是新一代移动通信技术发展的主要方向， 是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比，不仅将进一步提升用户的网络体验，
    同时还将满足未来万物互联的应用需求。我国5G技术研发试验将在2016-2018年进行，分为 5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施。2016年11月，举办于乌镇的 第三届世界互联网大会，美国高通公司带来的可以实现“万物互联”的5G技术原型入选15项 “黑科技”——世界互联网领先成果。高通5G向千兆移动网络和人工智能迈进。 ⑥ 2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。现状上看，我国 是全球范围内较早进行5G研究、研究范围较广泛、发展前景较理想的国家之一。在2017年， 我国工信部发布了5G中频谱信息。 ⑦ 2018年2月，我国华为集团已经完成了5G模式下的通话测试。 ⑧ 2019年10月31日，我国三大运营商（移动、联通、电信）公布5G商用套餐，并于11 月1日正式上线5G商用套餐。2019年，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国 广电发放5G商用牌照，标志着我国5G技术已经迈入商用阶段。2019年9月，我国华为公司结 合自身研究成果，呼吁国际社会给予协同合作，为5G的全球化应用提供保证。2019年作为5G 技术应用元年，用户总数已经达到800万人以上的规模。 ⑨ 2020年底，我国5G个人用户总量有望达到5000万以上。值得注意的是，我国对5G技 术的研究仍在继续，且部分地区的基站建设、通信设施完善活动正在加速，这为我国5G技术 的应用推广提供了支持。 与4G相比的特点： ① 速度的大幅度提升：这是因为5G通信突破了无限传播的一大瓶颈，通过使用高频电 波加快了在空中传播的速度，使信息的传递速度翻了几倍。同时，在5G时代，同一基站下的 两个用户互相进行普通的通信沟通时，他们的交流数据将不再需要基站转发，而是直接从一 部手机到另一部手机。这样不仅大大节省了空中资源，也加快了信息传播速度。 ② 基站的要求更高：如今的通信基本都要依赖电磁波，要提高电磁波的传播速率，就 要提高电磁波的频率。但是在实际应用时，频率越高传播途中的损失也就越大。也就是说， 对信号发射基站的要求也就越高，自然对技术的要求也就很高。5G 预期将采用微基站，它 是一种覆盖面积小，体积小，并且成本也相对低很多的基站。 ③ 从时延性上来说，5G的时延时间大大降低，这对于很多实时应用的影响很大，比如 说游戏、视频和数据电话、自动驾驶等等。5G每平方千米的最大连接数也是4G的一百倍，支 持的最高移动速度是1.5倍。5G还有一个变化，就是传输路径的变化。以往我们打电话或者 传照片，信号都要通过基站进行中转，但是5G之后，设备和设备之间就可以直接进行传输，
    不需要再通过基站。 ④ 云技术的广泛应用，对于我们来说，4G可能还是主要解决上网看电影、聊天玩游戏 等，但是5G更多是解决数据问题。高速率对于云技术来说是很重要的，未来数据都上传云端， 我们的工作、生活和娱乐都交给云。 ⑤ VR的发展，前两年VR这个概念炒得非常火，不过随着越来越多人体验过VR之后，热 度却渐渐降了下来。原因就是，VR的技术显然还没有成熟，体验过后会发现，一些VR头盔会 给人带来眩晕感，而且随着玩的时间加长，这种眩晕感越重。其实就是因为数据传播的速度 跟不上我们大脑和眼睛的反应时间，两者产生了一个时间差，虽然看起来非常小，但却能在 我们的身体上产生很大的反应。5G的低时延性，使VR的发展瓶颈得以突破，所以未来我们会 不会像《头号玩家》里都能在“绿洲”上畅游，也是说不准的事情。 ⑥ 物联网的发展，物联网和云计算一样，都是速率和容量的大户。5G发展后，物联网 终端设备也会发生相应的变化，智慧城市、智慧家居、物流等等方面也会更加智能。就比如， 我们以后的物流信息，可能就不是单纯到了那个城市那么简单，而是能具体到哪条街道这样 详细的信息。 ⑦ 无人驾驶技术的成熟，目前的无人驾驶虽然已经上路，但是技术相对来说还不是很 成熟，其中跟网络也有很大的关系。上面我们也说到了，5G有个很大的特点就是低延时。这 对于自动驾驶来说至关重要。想象一下，一旦前方发生危险，如果网络环境达不到要求，导 致系统无法快速响应，车毁人亡的悲剧不可避免。 总之，和4G相比，5G的提升是全方位的，按照3GPP的定义，5G具备高性能、低延迟与高 容量特性，而这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以及波束成形这 五大技术上。
    （2）5G 系统的应用背景 ① 5G的发展主要有两个驱动力:一方面以长期演进技术为代表的第四代移动通信系统 已全面商用，对下一代技术的讨论提上日程；另一方面，移动数据的需求爆炸式增长，现有 移动通信系统难以满足未来需求，急需研发新一代5G系统。 ② 5G的发展也来自于对移动数据日益增长的需求。随着移动互联网的发展，越来越多 的设备接入到移动网络中，新的服务和应用层出不穷，全球移动宽带用户在2018年有望达到 90亿，到2020年，预计移动通信网络的容量需要在当前的网络容量上增长1000倍。移动数据 流量的暴涨将给网络带来严峻的挑战。首先，如果按照当前移动通信网络发展，容量难以支 持千倍流量的增长，网络能耗和比特成本难以承受；其次，流量增长必然带来对频谱的进一 步需求，而移动通信频谱稀缺，可用频谱呈大跨度、碎片化分布，难以实现频谱的高效使用； 此外，要提升网络容量，必须智能高效利用网络资源，例如针对业务和用户的个性进行智能 优化，但这方面的能力不足；最后，未来网络必然是一个多网并存的异构移动网络，要提升 网络容量，必须解决高效管理各个网络，简化互操作，增强用户体验的问题。为了解决上述 挑战，满足日益增长的移动流量需求，亟需发展新一代5G移动通信网络。 ③ 在移动互联网以及物联网业务快速发展的条件下，加快了第五代移动通信技术(5G) 商业化的进程。5G通信已经成为现代技术已经成为未来网络通信的趋势，使网络资源的应用 得到进一步提升。 ④ 国家的发展被推动,因为这项高端技术,对于构建一个更加高效和安全的网络时代有 着非常正面的意义,越来越多的国家重视这项技术，我国也在5G通信技术上进行了大力研究， 并且取得了很好的效果。 ⑤ 移动互联网技术的发展为5G移动通信系统的发展提供了更好的研究基础，使5G移动 通信网络有更加高质量的传输和系统效率技术。未来，随着5G移动通信技术的发展，其技术 将在三个主要方面得到明显的提升：无线传输、无线通信频率的利用率更高、用户体验方面 更为人性化。特别的，在交互式游戏和3D支撑能力方面可以给用户更好地使用体验。最后， 5G移动通信系统在其室内移动通信业务上也有较大的提升。在新的5G通信技术影响下，无线 信号的覆盖率更高，实现更好的室内移动信号通信。 ⑥ 3大应用场景的需求，增强移动宽带、超可靠低时延通信、海量机器类通信。
    （3）5G 系统网络架构探讨 接入网、承载网、核心网、空口。接入网是“窗口”，负责把数据收上来；承载网是“卡 车”，负责把数据送来送去；核心网是“管理中枢”，负责管理这些数据，对数据进行分拣， 然后告诉数据，该去何方。 ① 接入网（RAN）变化：在 5G 网络中，接入网不再是由 BBU（主要负责信号调制）、 RRU （ 主 要 负 责射 频 处 理） 、 天 线 这 些 东西 组 成了 。 而 是 被 重 构为 3 个功 能 实 体 ： CU(Centralized Unit,集中单元)、DU(Distribute Unit,分布单元)、AAU(Active Antenna Unit,有源天线单元)。EPC（就是 4G 核心网）被分为 New Core（5GC，5G 核心网）和 MEC（移 动网络边界计算平台）两部分。MEC 移动到和 CU 一起，就是所谓的“下沉”（离基站更近）。 BBU 功能拆分、核心网部分下沉。把网络拆开、细化，就是为了更灵活地应对场景需求。依 据 5G 提出的标准，CU、DU、AAU 可以采取分离或合设的方式，所以，会出现多种网络部署形 态。这些部署方式的选择，需要同时综合考虑多种因素，包括业务的传输需求（如带宽，时 延等因素）、建设成本投入、维护难度等。A.与传统 4G 宏站一致，CU 与 DU 共硬件部署，构 成 BBU 单元。B.DU 部署在 4G BBU 机房，CU 集中部署。C. DU 集中部署，CU 更高层次集中。 D.CU 与 DU 共站集中部署，类似 4G 的集中化无线接入网（Centralized RAN，C-RAN）方式。 ② 承载网变化，承载网是基础资源，必须先于无线网部署到位。5G 想要满足以上应用 场景的要求，承载网是必须要进行升级改造的。在 5G 网络中，之所以要功能划分、网元下 沉。前面再谈接入网的时候，我们提到了前传、回传等概念说的就是承载网。这里我们再来 具体看看，对于前、中、回传，到底怎么个承载法。 前传：a.光纤直连,每个 AAU 与 DU 全部采用光纤点到点直连组网。b.无源 WDM 方式,将 彩光模块安装到 AAU 和 DU 上，通过无源设备完成 WDM 功能，利用一对或者一根光纤提供多 个 AAU 到 DU 的连接。彩光模块：光复用传输链路中的光电转换器，也称为 WDM 波分光模块。 c.有源 WDM/OTN 方式，在 AAU 站点和 DU 机房中配置相应的 WDM/OTN 设备，多个前传信号通 过 WDM 技术共享光纤资源。OTN（光传送网，OpticalTransportNetwork），是以波分复用技 术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。 中传（DUCU）和回传（CU 以上）：由于中传与回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网 络切片等方面需求是基本一致的，所以可以使用统一的承载方案。主要介绍一下两种方案， 承载网中采用的 FlexE 分片技术、减低时延的技术、SDN 架构等，还需进一步了解。a.利用
    分组增强型 OTN 设备组建中传网络，回传部分继续使用现有 IPRAN 架构。IPRAN：是针对 IP 化基站回传应用场景进行优化定制的路由器/交换机整体解决方案；b.中传与回传网络全部 使用分组增强型 OTN 设备进行组网。 ③ 核心网变化，网络逻辑结构彻底改变了。5G 核心网，采用的是 SBA 架构（Service Based Architecture，即基于服务的架构）。SBA 架构，基于云原生构架设计，借鉴了 IT 领 域的“微服务”理念。把原来具有多个功能的整体，分拆为多个具有独自功能的个体。每个 个体，实现自己的微服务。有一个明显的外部表现，就是网元大量增加了。除了 UPF 之外， 都是控制面。网元看上去很多，实际上，硬件都是在虚拟化平台里面虚拟出来的。这样一来， 非常容易扩容、缩容，也非常容易升级、割接，相互之间不会造成太大影响（核心网工程师 的福音）。简而言之，5G 核心网就是模块化、软件化。就是为了“切片”，就是为了满足不 同场景的需求。如，在低时延的场景中（例如自动驾驶），核心网的部分功能，就要更靠近 用户，放在基站那边，这就是“下沉”。下沉不仅可以保证“低时延”，更能够节约成本， 所以，是 5G 的一个杀手锏。 ④ MEC（mobile edge coumputing）移动边缘计算，随着移动端新业务需求的不断增 加，传统网络架构已经无法满足需求。于是有了基于 NFV 和 SDN 技术的云化核心解决方案， 云计算成为核心网络架构的演进方向，将所有计算放在云端处理，终端只做输入和输出。然 而随着 5G 的到来，终端数量增多、要求更高的带宽、更低的延迟、更高的密度。于是提出 了 MEC 移动边缘计算的概念，在无线侧提供用户所需的服务和云端计算功能的网络架构。用 于加速网络中各项应用的下载，让用户享有不间断的高质量网络体验，具备超低时延、超高 宽带、实时性强等特性。 ⑤ 5G 中的 NFV 和 SDN，未来 5G 网络将是基于 SDN、NFV 和云计算技术的更加灵活、智 能、高效和开放的网络系统。5G 网络架构包括接入云、控制云。NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）/SDN（Software Defined Network，软件定义网络）架 构引入，控制承载进一步分离，各系统同平台部署，系统互通和协同工作更为方便。 5G 网络架构的三朵云。蓝色的无线接入云，支持控制和承载分离、接入资源的的协同管 理，满足未来多种的部署场景。红色的控制云，实现网络控制功能集中，网元功能具备虚拟 化、软件及其重构性，支持第三方网络能力开放。绿色的转发云，将控制功能剥离，转发功 能靠近各个基站，将不同的业务能力与转发能力融合。其中，网络控制功能会根据物理区域 进行划分，具体分为本地、区域和全局集中 3 种，一般来说控制功能会部署在数据中心，并 通过北向接口来实现移动性管理、会话管理、资源控制和路由寻址等功能。总体来看，SDN
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