5G网络

1.技术指标和三大应用场景

(1)4G和5G指标对比

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	频谱效率	峰值速率
4G参考值	0.1 Tbps/Km2	10   万/Km2	10 ms	350 Km/h	1 倍	10 Mbps	1 倍	1   Gbps
5G参考值	10  Tbps/Km2	100 万/Km2	1   ms	500 Km/h	100 倍提升	0.1-1 Gbps	3-5 倍	20 Gbps

 

(2)三大应用场景

增强移动宽带（eMBB）

海量机器通信（mMTC）

超高可靠低延时通信（uRLLC）

 

2.应用场景范例

(1)5G应用场景——VR/AR/MR

• VR（虚拟现实 Vitual Reality）：利用计算设备模拟产生一个三维的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉等感官的模拟。
• AR（增强现实 Augmented Reality）：通过计算机系统提供的信息来增加用户对现实世界感知。AR与VR最主要的区别在于：AR是虚拟世界和现实世界共存，而VR则是完全虚拟化的世界。
• MR（混合现实 Mixed Reality）：用户即可以看到真实世界（AR的特点），也会看到虚拟的物体（VR的特点）

 

(2)5G应用场景——车联网

车联网定义：车联网（IoV，Internet of Vehicles）属于物联网（IoT，Internet of Things）的一种，是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。

车联网并不只是把车与车连接在一起，它还把车与行人、车与路、车与基础设施、车与网络、车与云连接在一起。车联网的通信模式可以分成四类：

• V2V（汽车与汽车之间的通信）
• V2P（汽车跟行人之间的通信）
• V2I（汽车跟路边、云、红绿灯、停车场之间的通信）
• V2N（汽车与网络之间的通信）

它们可以统称为V2X

 

5G的低延时，高带宽，支持大数量连接等等特点使其在车联网领域有着广阔的应用场景。

 

(3)5G应用场景——智慧医疗

　　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。借助5G、人工智能、云计算技术，医生可以通过基于视频与图像的医疗诊断系统，为患者提供远程实时会诊、应急救援指导等服务，例如基于AI和触觉反馈的远程超声理论上需要30Mbps的数据速率和10ms的最大延时。患者可通过便携式5G医疗终端与云端医疗服务器与远程医疗专家进行沟通，随时随地享受医疗服务。

 

(4)5G应用场景——智慧城市

　　智慧城市是指利用物联网，云计算等先进的信息化技术和通信技术，来对城市进行智能化管理的，为人们打造智能化生活的一个发展方向。但是这一切技术，都离不开一个名词就是5G，5G的研发，5G的成熟，5G的发展，是影响智慧城市建设的一个关键因素，目前5G技术在智慧城市的应用主要有

• 智慧家居
• 智慧交通
• 智慧安防
• 智慧照明
• 智慧电网

......

 

3.关键技术

(1)超密集组网

5G需要满足热点高容量场景，超密集组网即大量增加小基站，以空间换性能。基站主要包括宏基站和小基站。

• 宏基站：即铁塔站，一般覆盖范围数千米
• 小基站：一般覆盖范围在 10m ~ 200m ,小基站又分为
  • 家庭基站（femto cell）
  • 微基站（micro cell）
  • 微微基站（pico cell，又称皮基站）
  • 室内基站
  • 个人基站

小基站的优势主要有：

• 体积小，成本低，安装容易，适合深度覆盖
• 功率小，干扰小，更小的范围内实现频率复用，提升容量
• 距离用户近，提升信号质量和速率

 

宏基站和微基站的部署架构有：

• 宏基站 + 微基站
• 微基站 + 微基站

关键技术：

• 多连接技术
• 无线回传技术

 

(2)大规模天线阵列

　　无线通信依托于电磁波传播，最宝贵的资源莫过于频带。为防止移动通信网、无线电视、广播、军用频段等的相互干扰，每个国家都对无线频段的使用做出了严格的划分。根据电磁波在空气中传播的特性，6G赫兹以下频段因其在空气中衰减小、穿透力强等优点，被视为优质频带资源，很多依托无线电的应用都集中在这一频段资源上，因此无比拥挤。
　　另一方面，用户对移动通信网的数据需求正呈现爆发性的增长，特别是需要实时传输大量数据的无线应用，如视频直播、高清电话会议、虚拟现实游戏等，对网络容量是严峻的考验。而“关键型任务机器通信” (mission-critical machine type communication) 又对通信的可靠性和时延提出了极为苛刻的要求。
　　大规模天线阵列技术的应用不单可以大幅度提升网络容量和用户体验，也将对通信行业产成深远的影响。

 

优点：

• 提升了信号可靠性
• 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

 

(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。另外，还可以通过组建动态自组织网络，实现设备间通信，提升网络频谱效率。

• 用于满足低延时高可靠场景
• 优点：
  • 部署灵活
  • 支持多跳
  • 高可靠性
  • 支持超高带宽

 

(4)软件定义网络（SDN）

特点：

• 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

 

(5)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

 

(6) SDN 与 NFV 的区别

• SDN是面向网络架构的创新
• NFV是面向设备形态的创新

 

4.面临的挑战

(1)频谱资源挑战

• 5GHZ以下的频段已非常拥挤
• 解决方向：高频段和超高频段

 

(2)新业务挑战

• uRLLC：指例如无人驾驶、工业自动化等，对时延，高可靠性要求高
• mMTC：指大规模物联网业务，对连接数量，待机/耗电要求高
• eMBB：指3D，超高清视频等大流量移动宽带业务，传输速率要求高

 

(3)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)终端设备挑战

• 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

• 5G三大使用场景安全挑战
• SDN、NFV等新架构安全挑战