浅谈5g技术的发展与即将面临的挑战

Posted 2021-09-30 mb6151ab4007e9d

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• 对于新兴5G的认识

  每一代的无线通信技术都致力于为移动设备获得更快的网速和更多的网络功能，但是随着大数据的用户数量和联网设备的不断增加越来越多的4G用户开始同时使用5G网络，为了解决这一问题5G就诞生了。

  一. 移动通信的发展历程

  1. 移动通信技术年代和规律

  移动通信技术具有代际演进的规律，从1980年以来几乎每过十年都会都会进行一个时代周期的更替，从80年代的1G到今天2021年的5G，从最初只能进行语音通话功能，到现在的虚拟现实。

1980	1990	2000	2010	2020
1G	2G-2.5G	3G	4G	5G
AMPS TACS	GMS IS-95 2.5G:GPRS EDGE	WCDMA CDMA2000 ==TD-SCDMA==	==LTE-Advanced==	虚拟现实

二. 5G的技术指标与应用场景

1. 技术指标

5G的指标主要分为流量密度：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：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。	指标名称	流量密度	连接密度数	==时延==	移动性	==能效==	用户体验率	频谱效率	峰值速率
4G参考值	0.1Tbps/km2	10万/km2	10ms	350km/h	1倍	10Mbps	1倍	1Gbps
5G取值	==10bps/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==

2. 应用场景分为三类

2.1 VR/AR/MR应用

VR-虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境。
AR-是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段。可以将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。
MR-混合现实是一组技术组合，不仅提供新的观看方法，还提供新的输入方法，而且所有方法相互结合，从而推动创新 。输入和输出的结合对中小型企业而言是关键的差异化优势。

2.2 车联网/远程医疗/智慧城市的应用

车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。通过移动互联网，进行汽车的信息收集与共享，通过信息的处理，实现车与路、车与车主、车主与车主、车主与第三方服务商的沟通的技术。

远程医疗可以运用通讯、计算机及网络技术，为本医疗机构诊疗患者提供技术支持的医疗活动。医疗机构运用信息化技术，向医疗机构外的患者直接提供的诊疗服务的技术。

智慧城市是指利用各种信息技术或创新概念,将城市的系统和服务打通、集成,以提升资源运用的效率,优化城市管理和服务,以及改善市民生活质量。 智慧城市是把新一代信息技术充分运用在城市中各行各业基于知识社会下一代创新。

三.5G的关键技术

3.1 超密集组网

5G需要满足热点高容量场景和超密集组网：大量增加小基站，以空间换性能。
宏基站作为铁塔站的覆盖范围有数千米，小基站的覆盖范围在10m~200m，小基站主要分为：家庭基站，微基站，微微基站，室内基站，个人基站。

3.2 大规模天线阵列

传统天线只有2，4，8根，Massive MIMO可以达到64，128，256个天线，他的优点有：1.提升了信号可靠性。2.提升了基站吞吐率。3.大幅度降低对周边基站的干扰。4.服务更多的移动终端。

3.3 动态自组织网络(SON)

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。

3.4 软件定义网络（SDN)和网络功能虚拟化（NFV)

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
SDN控制器在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。
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。

四.5G面临的挑战

4.1 频谱资源

5GHz以下的频段已非常拥挤，解决的方向有高频段和超高频段。

4.2 新业务和新场景

面临的新挑战有eMBB：AR/VR等传输的速率要求高。
mMTC:对连接数量，耗电/待机要求较高。
uRLLC:对时延（1ms），可靠性（99.99%）要求很高。
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。

4.3 终端设备

终端设备联网终端爆发式增长，终端多模研发，工艺，电池寿命等挑战。

4.4 安全挑战

对eMBB增强移动宽带来说，它需要更高的安全处理性能，保障用户获得良好的体验速率；需要支持外部网络二次认证，能更好地与业务结合在一起；需要解决目前发现的已知漏洞的问题。

对mMTC低功耗的大规模机器类通信来说，需要轻量化的安全机制，以适应功耗受限、时延受限的物联网设备的需要；需要通过群组认证机制，解决海量物联网设备认证时所带来的信令风暴的问题。