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前言
人们通过时代的变迁,所感受到通信历程的发展速度以及为我们的生活中所带来的便利都是显而易见的,然而5g的到来也意味着通信的发展又将面临一个新的里程碑。所以我们在使用它之前也需要了解一下5g的关键技术以及面临的全新挑战。
一、移动通信的发展历程
1.1历程
1、第一阶段从20世纪20年代至40年代,为早期发展阶段。在这期间,首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。
2、第二阶段从40年代中期至60年代初期。在此期间内,公用移动通信业务开始问世。
3、第三阶段从60年代中期至70年代中期。在此期间,美国推出了改进型移动电话系统(IMTS),使用150MHz和450MHz频段,采用大区制、中小容量,实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。
4、第四阶段从70年代中期至80年代中期。这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底,美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS),建成了蜂窝状移动通信网,大大提高了系统容量。
5、第五阶段从80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。
1.2规律
“G”代表一代,每10年一个周期
| 1G | 2G | 3G | 4G | 5G |
|---|---|---|---|---|
| 1980s | 1990s | 2000s | 2010 | 2020 |
| 语音 | 短信 | 社交应用 | 在线、互动、游戏 | 虚拟现实、“零”延时 |
二、5G技术指标与应用场景
2.1技术指标
| 指标名称 | 流量密度 | 连接数密度 | 时延 | 移动性 | 能效 | 用户体验速率 | 频道效率 | 峰值速率 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4G参考值 | 0.1 Tbps/K㎡ | 10万/K㎡ | 10ms | 350Km/h | 1倍 | 10 Mbps | 1倍 | 1Gbps |
| 5G取值 | 10 Tbps/K㎡ | 100万/K㎡ | 1ms | 500Km/h | 100倍提升(网络侧) | 0.1-1Gbps | 3-5倍提升 | 20Gbps |
2.2应用场景
2.2.1虚拟环境
VR:虚拟现实(VR设备皆需要佩戴类,周边场景可变化,感受虚拟环境)
AR:增强现实(可以是佩戴类或非佩戴类,场景不变)
MR:混合现实(VR和AR的混合,绝大多数是佩戴类,可与环境做互动)
2.2.2车联网
自动驾驶、编队行驶、车辆生命周期维护、传感器数据众包等都需要安全、可靠、低时延和高速率的连接,这些连接特性在高速公路和密集城市中至关重要,只有5G可以同时满足这样的要求。
2.2.3智慧城市
智慧建筑、交通:自动收费、票务管理、运输信息管理。
智慧的公共事业:高速率网络、能耗评估、水电管理。
智慧教育与科技:学校安全、教育资源。
智慧的市民服务:社会保障管理、就业管理、家庭服务。
智慧的公共安全:犯罪信息档案、突发事件响应、数字监控系统。
智慧医疗:电子病历、家庭健康服务、医疗费用管理。
三、5G关键技术
3.1超密集组网
大量增加小基站,以空间换性能。小基站有三大优势
1、体积小,成本低,易安装,深度覆盖。
2、功率小,干扰小,更小的范围类提升频率复用,提升容量。
3、距离用户近,提升信号质量和高速率传输。
3.2大规模天线阵列
大规模天线阵列可提高信号的可靠性,基站的吞吐率,大幅降低对周边基站的干扰,服务更多的移动端。传统的天线2、4、8根,但Msssive MIMO可达64、128、256根天线。
3.3动态自组织网络(SON)
动态自组织网络技术是在5G蜂窝网络授权和控制下,在本地可以将基站终端以及各种新型的末端节点动态组建成网络,弥补传统蜂窝网架构在组网灵活性方面的不足。
动态自组织网络用于满足低时延高可靠场景,部署灵活、支持多跳、高可靠性、支持超高宽带。
3.4软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)
软件定义网络(SDN)
1、物理上分离控制平面和转发平面。
2、控制器集中管理多台转发设备。
3、服务和程序部署在控制器上。
网络功能虚拟化(NFV)
软硬件解耦,虚拟化。通用硬件实现网络功能。
SDN与NFV的区别在于:SDN是面向网络架构的创新,NFV是面向设备形点的创新。
四、5G面临的挑战
1、频谱资源挑战
5GHz以下的频段已经非常拥挤,可以用高频段和超高频段。
2、新业务挑战
uRLLC:对时延、可靠性要求很高。无人驾驶、工业自动化等需要这类业务。
uMTC:对连接数量、耗电/待机要求较高。大规模物联网业务。
eMBB:AR/VR等传输速率要求较高。3D/超高清视频等大流量移动宽带业务。
3、新场景
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、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。
5、安全挑战
三大场景安全挑战:
1、uRLLC:低延时的安全算法、边缘计算、隐私保护。
2、uMTC:轻量化安全、海量连接信令风暴。
3、eMBB:安全处理性能、二次认证、已知漏洞。
新架构安全:SDN、NFV等新安全挑战。
总结
想要知道5g所带来的好处那必然是要与上一代进行比较,当了解5g对生活应用场景时就该知道未来的发展趋势会愈来愈好,甚至可以大胆的期待在家就能享受到虚拟环境所带来的欢乐。
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