5G与相关应用

5G定义

5G即第五代移动通信技术(英语:5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation,简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术,也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。

移动通信发展历程

1G时代:“大哥大”横行的年代:第一代移动通讯系统(1G)在美国芝加哥诞生,采用模拟讯号传输。即将电磁波进行频率调制后,将语音信号转换到载波电磁波上,载有信息的电磁波发布到空间后,由接收设备接收,并从载波电磁波上还原语音信息,完成一次通话。

2G时代:诺基亚崛起时代:和1G不同的是,2G采用的是数字调制技术。因此,第二代移动通信系统的容量也在增加,随着系统容量的增加,2G时代的手机可以上网了,虽然数据传输的速度很慢(每秒9.6–14.4kbit),但文字信息的传输由此开始了,这成为当今移动互联网发展的基础。

3G时代:移动多媒体时代的到来:相比于2G,3G依然采用数字数据传输,但通过开辟新的电磁波频谱、制定新的通信标准,使得3G的传输速度可达每秒384kbit,在室内稳定环境下甚至有每秒2 Mbit的水准,是2G时代的140倍。由于采用更宽的频带,传输的稳定性也大大提高。速度的大幅提升和稳定性的提高,使大数据的传送更为普遍,移动通讯有更多样化的应用,因此3G被视为是开启移动通讯新纪元的重要关键。

4G时代:移动互联网时代来临:2013年12月,工信部在其官网上宣布向中国移动、中国电信、中国联通颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”经营许可,也就是4G牌照。至此,移动互联网进入了一个新的时代。

5G时代:万物互联的时代:5G将不同于传统的几代移动通信,5G不再由某项业务能力或者某个典型技术特征所定义,它不仅是更高速率、更大带宽、更强能力的技术,而且是一个多业务多技术融合的网络,更是面向业务应用和用户体验的智能网络,最终打造以用户为中心的信息生态系统。
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5G技术指标与应用

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1. 5G技术指标

流量密度:单位面积内的总流量数
链接数密度:之单位面积内可支持的的在线设备总数
时延:发送端到接收端接收到数据之间的间隔
移动性:支持用户终端的最大移动速度
能效:每消耗单位能量能能发送的数据量
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:每单位面积内,单位频谱资源提供的吞吐量
峰值速率:用户可获得的最大业务速率

5G对比4G关键性能指标有了相当大的提升,即5G具有高速率,低时延,大容量,高可靠,海量链接等特点

2. 5G技术应用

1.增强的移动宽带(eMBB):具备超大带宽和超高速率,实现用户体验速率100Mbps,移动性500Km/h;
2.海量机器通信(mMTC):即低功耗大连接,支持连接数密度100万/平方公里;
3.超高可靠性和低延时(uRLLC):即高可靠低延时,支持单向空口时延最低1ms;

3. 5G应用场景概述

(一)VR/AR
VR/AR是近眼现实、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息技术相互融合的产物,新形势下高质量VR/AR业务对带宽、时延要求逐渐提升,而5G的高速率,低时延,能更好推动VR/AR 的发展。
(二)超高清视频
作为继数字化、高清化媒体之后的新一代革新技术,超高清视频被业界认为将是5G网络最早实现商用的核心场景之一。超高清视频的典型特征就是大数据、高速率,当前4G已不能完全满足网络流量、存储空间和回传时延等技术指标要求,5G网络良好的承载力成为解决该场景需求的有效手段。
(三)车联网
车联网是智慧交通中最具代表性的应用之一,通过5G等通信技术实现“人—车—路—云”一体化协同,使其成为低时延、高可靠场景中最为典型的应用之一。融入5G元素的车联网体系将更加灵活,实现车内、车际、车载互联网之间的信息互通,推动与低时延、高可靠密切相关的远控驾驶、编队行驶、自动驾驶具体场景的应用。
(四)联网无人机
5G网络将赋予网联无人机超高清图视频传输(50~150Mbps)、低时延控制(10~20ms)、远程联网协作和自主飞行(100kbps,500ms)等重要能力,可以实现对联网无人机设备的监视管理、航线规范、效率提升。
(五)远程医疗
通过5G和物联网技术可承载医疗设备和移动用户的全连接网络,对无线监护、移动护理和患者实时位置等数据进行采集与监测,并在医院内业务服务器上进行分析处理,提升医护效率。
(六)智慧电力
5G技术将在智慧电力的多个环节得到应用。在发电领域特别是在可再生能源发电领域需实现高效的分布式电源接入调控,5G可满足其实时数据采集和传输、远程调度与协调控制、多系统高速互联等功能。
(七)智能工厂
在工业互联网领域,5G独立网络切片支持企业实现多用户和多业务的隔离和保护,大连接的特性满足工厂内信息采集以及大规模机器间通信的需求,5G工厂外通信可以实现远程问题定位以及跨工厂、跨地域远程遥控和设备维护。
(八)智能安防
视频监控是智能安防最重要的一个组成部分,5G超过10Gbit/s的高速传输速率和毫秒级低时延将有效提升现有监控视频的传输速度和反馈处理速递,将使智能安防实现远程实时控制和提前预警,做出更有效的安全防范措施。
(九)个人AI设备
5G时代将有更多的可穿戴设备加入虚拟AI助理功能,个人AI设备可借助5G大带宽、高速率和低延时的优势,充分利用云端人工智能和大数据的力量,实现更快速精准的检索信息、预订机票、购买商品、预约医生等基础功能。
(十)智慧园区
智慧园区是指运用信息和通信技术感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,对民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。

4. 5G 关键技术

1.动态自组织网络(SON)
指可协调相邻区域,自动配置和优化网络,一减少网络干扰,提升网络运行效率。在传统网络架构下,终端必须通过基站和蜂窝网网关才能与目标进行通信。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。
在动态自组网络中,任何接入网节点,都具备数据存储和转发功能,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。
在动态自组网络中,任何节点(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,并具备分布式网络的冗余机制和重新路由功能。任何新节点的添加,只需要简单接上电源即可,节点可自动配置,并确定最佳多条传输路径。

2.设备到设备通信(D2D)
只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,主要包含两大功能:
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。

3.超密组网(UDN)
超密集组网技术就是以宏基站为‘面’,在其覆盖范围内,在室内外热点区域,密集部署低功率的小基站,将这些小基站作为一个个‘节点’,打破传统的扁平、单层宏网络覆盖模式,形成‘宏—微’密集立体化组网方案,以消除信号盲点、改善网络覆盖环境。使用超密集组网技术,可获得更高的频率复用效率,在局部热点区域,还可实现百倍量级的系统容量提升,该技术能被广泛应用在办公室、住宅区、街区、学校、大型集会现场、体育场、地铁站等场景中。
超密组网的关键技术:1.多连接技术 2.无线回传技术

4.软件定义网络SDN和网络功能虚拟化技术NFV
SDN:
软件定义网络技术因控制平面和数据平面分离,逻辑上集中控制的主要思想成为解决未来5G网络性能和运营商问题的关键技术之一。

SDN本质上是一种全新的设计理念,SDN的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离,从而通过集中的控制器中软件平台来实现可编程化控制底层硬件,进而实现对网络资源灵活地按需调度。

SDN网络架构具有以下三个基本特征:
①控制面与转发面分离,转发面由受控转发的设备组成,转发方式以及业务逻辑由运行在分离出去的控制面上的控制应用所控制;

②控制面与转发面之间的开放接口,SDN为控制面提供开放可编程接口。通过这种方式,控制应用只需关注自身逻辑,不需要关注底层更多的实现细节;

③逻辑上的集中控制,逻辑上集中的控制面可以控制多个转发面设备,也就是控制整个物理网络,因此,可以获得全局的网络状态视图,并根据全局网络状态视图实现对网络的优化控制。


NFV:
NFV技术架构
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NFV网络具有以下3个明显的特征:
①基础硬件平台的可编程化。为实现与业务无关的资源池化能力,计算,存储及转发设备应当在保证性能的前提下,提供可编程的逻辑内核和易于调用的应用接口。可编程硬件设备将逐步替代传统专用硬件,实施过程则依赖于网元节点的功能属性,性能要求,成本等多种因素的综合影响。

②基础硬件之上将加载虚拟化和云计算平台软件。云平台软件既对计算,存储和网络设备等资源进行调度和管理,又为上层业务显示提供一个开放的运行环境。因此,这就要求云平台软件具备高度的开放性,不仅能够支持多种共存的异构网络环境,而且可提供健康的生态系统。

③NFV架构将硬件,中间件与软件实现解耦,因此,各类上层业务和功能作为软件模块能够进行灵活地集成与部署。

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