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從1G到4G，移動通信的核心是人與人之間的通信，個人的通信是移動通信的核心業務。但是5G的通信不僅僅是人的通信，而是物聯網、工業自動化、無人駕駛被引入，通信從人與人之間通信開始轉向人與物的通信，直至機器與機器的通信。 第五代移動通信技術（5G）是目前移動通信技術發展的最高峰，也是人類希望不僅改變生活，更要改變社會的重要力量。 5G是在4G基礎上，對于移動通信提出更高的要求，它不僅在速度而且還在功耗、時延等多個方面有了全新的提升。由此業務也會有巨大提升，互聯網的發展也將從移動互聯網進入智能互聯網時代。 5G的關鍵技術 5G作為新一代的移動通信技術，它的網絡結構、網絡能力和要求都與過去有很大不同，有大量技術被整合在其中。其核心技術簡述如下： 基于OFDM優化的波形和多址接入 5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技術，因為OFDM技術被當今的 4G LTE 和 Wi－Fi 系統廣泛采用，因其可擴展至大帶寬應用，而具有高頻譜效率和較低的數據復雜性，能夠很好地滿足 5G 要求。OFDM 技術家族可實現多種增強功能，例如通過加窗或濾波增強頻率本地化、在不同用戶與服務間提高多路傳輸效率，以及創建單載波OFDM波形，實現高能效上行鏈路傳輸。 實現可擴展的OFDM間隔參數配置 通過OFDM子載波之間的15kHz間隔（固定的OFDM參數配置），LTE最高可支持20 MHz的載波帶寬。為了支持更豐富的頻譜類型／帶（為了連接盡可能豐富的設備，5G將利用所有能利用的頻譜，如毫米微波、非授權頻段）和部署方式。5G NR將引入可擴展的OFDM間隔參數配置。這一點至關重要，因為當FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換）為更大帶寬擴展尺寸時，必須保證不會增加處理的復雜性。而為了支持多種部署模式的不同信道寬度， 5G NR必須適應同一部署下不同的參數配置，在統一的框架下提高多路傳輸效率。另外，5G NR也能跨參數實現載波聚合，比如聚合毫米波和6GHz以下頻段的載波。 OFDM加窗提高多路傳輸效率 5G將被應用于大規模物聯網，這意味著會有數十億設備在相互連接，5G勢必要提高多路傳輸的效率，以應對大規模物聯網的挑戰。為了相鄰頻帶不相互干擾，頻帶內和頻帶外信號輻射必須盡可能小。OFDM能實現波形后處理（post－processing），如時域加窗或頻域濾波，來提升頻率局域化。 靈活的框架設計 設計5G NR的同時，采用靈活的5G網絡架構，進一步提高5G服務多路傳輸的效率。這種靈活性既體現在頻域，更體現在時域上，5G NR的框架能充分滿足5G的不同服務和應用場景。這包括可擴展的時間間隔（STTI，Scalable Transmission Time Interval ），自包含集成子幀（Self－contained integrated subframe）。 先進的新型無線技術 5G演進的同時，LTE本身也還在不斷進化（比如最近實現的千兆級4G＋），5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先進技術，如載波聚合、MIMO、非共享頻譜等。這包括眾多成熟的通信技術。 大規模MIMO：從2×2提高到了目前4×4 MIMO。更多的天線也意味著占用更多的空間，要在空間有限的設備中容納進更多天線顯然不現實，只能在基站端疊加更多MIMO。從目前的理論來看，5G NR 可以在基站端使用最多256根天線，而通過天線的二維排布，可以實現3D波束成型，從而提高信道容量和覆蓋。 毫米波：全新5G技術正首次將頻率大于24GHz以上頻段（通常稱為毫米波）應用于移動寬帶通信。大量可用的高頻段頻譜可提供極致數據傳輸速度和容量，這將重塑移動體驗。但毫米波的利用并非易事，使用毫米波頻段傳輸更容易造成路徑受阻與損耗（信號衍射能力有限）。通常情況下，毫米波頻段傳輸的信號甚至無法穿透墻體，此外，它還面臨著波形和能量消耗等問題。 頻譜共享：用共享頻譜和非授權頻譜，可將5G擴展到多個維度，實現更大容量、使用更多頻譜、支持新的部署場景。這不僅將使擁有授權頻譜的移動運營商受益，而且會為沒有授權頻譜的廠商創造機會，如有線運營商、企業和物聯網垂直行業，使他們能夠充分利用5G NR技術。5G NR原生地支持所有頻譜類型，并通過前向兼容靈活地利用全新的頻譜共享模式。 先進的信道編碼設計：目前LTE網絡的編碼還不足以應對未來的數據傳輸需求，因此迫切需要一種更高效的信道編碼設計，以提高數據傳輸速率，并利用更大的編碼信息塊契合移動寬帶流量配置，同時，還要繼續提高現有信道編碼技術（如LTE Turbo）的性能極限。 LDPC的傳輸效率遠超LTE Turbo，且易平行化的解碼設計，能以低復雜度和低時延，擴展達到更高的傳輸速率。 超密集異構網絡 5G網絡是一個超復雜的網絡，在2G時代，幾萬個基站就可以做全國的網絡覆蓋，但是到了4G中國的網絡超過500萬個。而5G需要做到每平方公里支持100萬個設備，這個網絡必須非常密集，需要大量的小基站來進行支撐。同樣一個網絡中，不同的終端需要不同的速率、功耗，也會使用不同的頻率，對于QoS的要求也不同。這樣的情況下，網絡很容易造成相互之間的干擾。5G網絡需要采用一系列措施來保障系統性能：不同業務在網絡中的實現、各種節點間的協調方案、網絡的選擇以及節能配置方法等。 在超密集網絡中，密集地部署使得小區邊界數量劇增，小區形狀也不規則，用戶可能會頻繁復雜地切換。為了滿足移動性需求，這就需要新的切換算法。 總之，一個復雜的、密集的、異構的、大容量的、多用戶的網絡，需要平衡、保持穩定、減少干擾，這需要不斷完善算法來解決這些問題。 網絡的自組織 自組織的網絡是5G的重要技術，這就是網絡部署階段的自規劃和自配置；網絡維護階段的自優化和自愈合。自配置即新增網絡節點的配置可實現即插即用，具有低成本、安裝簡易等優點。自規劃的目的是動態進行網絡規劃并執行，同時滿足系統的容量擴展、業務監測或優化結果等方面的需求。自愈合指系統能自動檢測問題、定位問題和排除故障，大大減少維護成本并避免對網絡質量和用戶體驗的影響。 SON技術應用于移動通信網絡時，其優勢體現在網絡效率和維護方面，同時減少了運營商的支出和運營成本投入。由于現有的 SON 技術都是從各自網絡的角度出發， 自部署、自配置、自優化和自愈合等操作具有獨立性和封閉性，在多網絡之間缺乏協作。 網絡切片 就是把運營商的物理網絡切分成多個虛擬網絡，每個網絡適應不同的服務需求，這可以通過時延、帶寬、安全性、可靠性來劃分不同的網絡，以適應不同的場景。通過網絡切片技術在一個獨立的物理網絡上切分出多個邏輯網絡，從而避免了為每一個服務建設一個專用的物理網絡，這樣可以大大節省部署的成本。 在同一個5G網絡上，通過技術電信運營商會把網絡切片為智能交通、無人機、智慧醫療、智能家居以及工業控制等多個不同的網絡，將其開放給不同的運營者，這樣一個切片的網絡在帶寬、可靠性能力上也有不同的保證，計費體系、管理體系也不同。在切片的網絡中，各個業務提供商，不是如4G一樣，都使用一樣的網絡、一樣的服務。很多能力變得不可控。5G切片網絡，可以向用戶提供不一樣的網絡、不同的管理、不同的服務、不同的計費，讓業務提供者更好地使用5G網絡。 內容分發網絡 在5G網絡中，會存在大量復雜業務，尤其是一些音頻、視頻業務大量出現，某些業務會出現瞬時爆炸性的增長，這會影響用戶的體驗與感受。這就需要對網絡進行改造，讓網絡適應內容爆發性增長的需要。 內容分發網絡是在傳統網絡中添加新的層次，即智能虛擬網絡。CDN 系統綜合考慮各節點連接狀態、負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關內容分發至靠近用戶的CDN代理服務器上、實現用戶就近獲取所需的信息，使得網絡擁塞狀況得以緩解，縮短響應時間，提高響應速度。 源服務器只需要將內容發給各個代理服務器，便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務器上獲取內容，降低網絡時延并提高用戶體驗。CDN技術的優勢正是為用戶快速地提供信息服務，同時有助于解決網絡擁塞問題。CDN技術成為5G必備的關鍵技術之一 。 設備到設備通信 這是一種基于蜂窩系統的近距離數據直接傳輸技術。設備到設備通信（D2D）會話的數據直接在終端之間進行傳輸，不需要通過基站轉發，而相關的控制信令，如會話的建立、維持、無線資源分配以及計費、 鑒權、識別、移動性管理等仍由蜂窩網絡負責。蜂窩網絡引入D2D通信，可以減輕基站負擔，降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發射功率。當無線通信基礎設施損壞，或者在無線網絡的覆蓋盲區，終端可借助D2D實現端到端通信甚至接入蜂窩網絡。在 5G 網絡中，既可以在授權頻段部署D2D通信，也可在非授權頻段部署。 邊緣計算 在靠近物或數據源頭的一側，采用網絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側發起，產生更快的網絡服務響應，滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。5G要實現低時延，如果數據都是要到云端和服務器中進行計算機和存儲，再把指令發給終端，就無法實現低時延。邊緣計算是要在基站上即建立計算和存儲能力，在最短時間完成計算，發出指令。 軟件定義網絡和網絡虛擬化 SDN架構的核心特點是開放性、靈活性和可編程性。它主要分為三層：基礎設施層位于網絡最底層，包括大量基礎網絡設備，該層根據控制層下發的規則處理和轉發數據；中間層為控制層，該層主要負責對數據轉發面的資源進行編排，控制網絡拓撲、收集全局狀態信息等；最上層為應用層，該層包括大量的應用服務，通過開放的北向API對網絡資源進行調用。NFV作為一種新型的網絡架構與構建技術， 其倡導的控制與數據分離、軟件化、虛擬化思想，為突破現有網絡的困境帶來了希望。 5G是一個復雜的體系，在5G基礎上建立的網絡，不僅要提升網絡速度，同時還提出了更多的要求。未來5G網絡中的終端也不僅是手機，而是有汽車、無人駕駛飛機、家電、公共服務設備等多種設備。4G改變生活，5G改變社會。5G將會是社會進步、產業推動、經濟發展的重要推進器。 |
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