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5g

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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,也是即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。Release-15中的5G规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。Release-16的第二阶段将于2020年4月完成,作为IMT-2020技术的候选提交给国际电信联盟(ITU)?。ITU IMT-2020规范要求速度高达20 Gbit/s,可以实现宽信道带宽和大容量MIMO。
5G网络的峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快数百倍,整部超高画质电影可在1秒之内下载完成。
随着5G技术的诞生,用智能终端分享3D电影、游戏以及超高画质(UHD)节目的时代已向我们走来。
2019年10月31日,三大运营商公布5G商用套餐,并于11月1日正式上线5G商用套餐。
网络特点:
峰值速率需要达到Gbit/s的标准,以满足高清视频,虚拟现实等大数据量传输。
2、空中接口时延水平需要在1ms左右,满足自动驾驶,远程医疗等实时应用。
3、超大网络容量,提供千亿设备的连接能力,满足物联网通信。
4、频谱效率要比LTE提升10倍以上。
5、连续广域覆盖和高移动性下,用户体验速率达到100Mbit/s。
6、流量密度和连接数密度大幅度提高。
7、系统协同化,智能化水平提升,表现为多用户,多点,多天线,多摄取的协同组网,以及网络间灵活地自动调整。
关键技术:
超密集异构网络
5G 网络正朝着网络多元化、 宽带化、 综合化、 智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及,面向 2020 年及以后,移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来 5G 网络中, 减小小区半径,增加低功率节点数量,是保证未来 5G 网络支持 1 000 倍流量增长的核心技术之一 。因此, 超密集异构网络成为未来 5G 网络提高数据流量的关键技术。
准确有效地感知相邻节点是实现大规模节点协作的前提条件。在超密集网络中,密集地部署使得小区边界数量剧增,加之形状的不规则,导致频繁复杂的切换。为了满足移动性需求,势必出现新的切换算法;另外,网络动态部署技术也是研究的重点。由于用户部署的大量节点的开启和关闭具有突发性和随机性,使得网络拓扑和干扰具有大范围动态变化特性;而各小站中较少的服务用户数也容易导致业务的空间和时间分布出现剧烈的动态变化。
自组织网络
自组织网络技术解决的关键问题主要有以下 2点:(1)、网络部署阶段的自规划和自配;(2)、网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用,具有低成本、安装简易等优点。自优化的目的是减少业务工作量,达到提升网络质量及性能的效果,其方法是通过 UE 和eNB 测量,在本地 eNB 或网络管理方面进行参数自优化。自愈合指系统能自动检测问题、定位问题和排除故障,大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响。自规划的目的是动态进行网络规划并执行,同时满足系统的容量扩展、 业务监测或优化结果等方面的需求。
内容分发网络
内容分发网络是在传统网络中添加新的层次,即智能虚拟网络。CDN系统综合考虑各节点连接状态、 负载情况以及用户距离等信息,通过将相关内容分发至靠近用户的?CDN代理服务器上,实现用户就近获取所需的信息,使得网络拥塞状况得以缓解,降低响应时间,提高响应速度。CDN 网络架构在用户侧与源 server 之间构建多个 CDN代理 server,可以降低延迟、提高 QoS(quality of service)。当用户对所需内容发送请求时, 如果源服务器之前接收到相同内容的请求, 则该请求被 DNS 重定向到离用户最近的 CDN 代理服务器上, 由该代理服务器发送相应内容给用户。因此, 源服务器只需要将内容发给各个代理服务器,便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容, 降低网络时延并提高用户体验。随着云计算、移动互联网及动态网络内容技术的推进, 内容分发技术逐步趋向于专业化、定制化,在内容路由、管理、推送以及安全性方面都面临新的挑战。
D2D 通信
D2D通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。D2D 会话的数据直接在终端之间进行传输,不需要通过基站转发,而相关的控制信令,如会话的建立、维持、无线资源分配以及计费、鉴权、识别、移动性管理等仍由蜂窝网络负责。蜂窝网络引入D2D通信,可以减轻基站负担,降低端到端的传输时延,提升频谱效率,降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏,或者在无线网络的覆盖盲区,终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。在5G网络中,既可以在授权频段部署D2D通信,也可在非授权频段部署。
M2M 通信
M2M(machine to machine,M2M)作为物联网最常见的应用形式, 在智能电网、安全监测、城市信息化、环境监测等领域实现了商业化应用。3GPP 已经针对 M2M 网络制定了一些标准,并已立项开始研究 M2M 关键技术。M2M 的定义主要有广义和狭义 2 种。广义的M2M 主要是指机器对机器、人与机器间以及移动网络和机器之间的通信,它涵盖了所有实现人、机器、系统之间通信的技术;从狭义上说,M2M仅仅指机器与机器之间的通信。智能化、交互式是 M2M 有别于其它应用的典型特征,这一特征下的机器也被赋予了更多的“智慧”?。
信息中心网络
信息中心网络 ( information-centric network,ICN)的思想最早是 1979 年由 Nelson 提出来的 ,后来被 Baccala 强化。作为一种新型网络体系结构,ICN 的目标是取代现有的 IP。
ICN 所指的信息包括实时媒体流、 网页服务、?多媒体通信等,而信息中心网络就是这些片段信息的总集合。因此,ICN 的主要概念是信息的分发、 查找和传递,不再是维护目标主机的可连通性。不同于传统的以主机地址为中心的?TCP?/IP?网络体系结构,ICN 采用的是以信息为中心的网络通信模型, 忽略?IP?地址的作用,甚至只是将其作为一种传输标识。全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、 路由缓存信息数据、多播传递信息等功能,从而较好地解决计算机网络中存在的扩展性、实时性以及动态性等问题。ICN信息传递流程是一种基于发布订阅方式的信息传递流程??。首先,内容提供方向网络发布自己所拥有的内容,网络中的节点就明白当收到相关内容的请求时如何响应该请求。然后,当第一个订阅方向网络发送内容请求时,节点将请求转发到内容发布方,内容发布方将相应内容发送给订阅方,带有缓存的节点会将经过的内容缓存。其他订阅方对相同内容发送请求时,邻近带缓存的节点直接将相应内容响应给订阅方。因此,信息中心网络的通信过程就是请求内容的匹配过程。传统 IP 网络中,采用的是“推” 传输模式,即服务器在整个传输过程中占主导地位,忽略了用户的地位,从而导致用户端接收过多的垃圾信息。ICN 网络正好相反,采用“拉” 模式,整个传输过程由用户的实时信息请求触发,网络则通过信息缓存的方式,实现快速响应用户。此外,信息安全只与信息自身相关,而与存储容器无关。针对信息的这种特性,ICN网络采用有别于传统网络安全机制的基于信息的安全机制。和传统的IP网络相比,ICN具有高效性、高安全性且支持客户端移动等优势。
应用领域:
车联网与自动驾驶
车联网技术经历了利用有线通信的路侧单元(道路提示牌)以及2G/3G/4G网络承载车载信息服务的阶段,正在依托高速移动的通信技术,逐步步入自动驾驶时代。根据中国、美国、日本等国家的汽车发展规划,依托传输速率更高、时延更低的5G网络,将在2025年全面实现自动驾驶汽车的量产,市场规模达到1万亿美元?[32]??。
外科手术
2019年1月19日,中国一名外科医生利用5G技术实施了全球首例远程外科手术。这名医生在福建省利用5G网络,操控30英里(约合48公里)以外一个偏远地区的机械臂进行手术。在进行的手术中,由于延时只有0.1秒,外科医生用5G网络切除了一只实验动物的肝脏。5G技术的其他好处还包括大幅减少了下载时间,下载速度从每秒约20兆字节上升到每秒50千兆字节——相当于在1秒钟内下载超过10部高清影片。5G技术最直接的应用很可能是改善视频通话和游戏体验,但机器人手术很有可能给专业外科医生为世界各地有需要的人实施手术带来很大希望。
5G技术将开辟许多新的应用领域,以前的移动数据传输标准对这些领域来说还不够快。5G网络的速度和较低的延时性首次满足了远程呈现、甚至远程手术的要求。
智能电网
因电网高安全性要求与全覆盖的广度特性,智能电网必须在海量连接以及广覆盖的测量处理体系中,做到99.999%的高可靠度;超大数量末端设备的同时接入、小于20 ms的超低时延,以及终端深度覆盖、信号平稳等是其可安全工作的基本要求。


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移动通信    无线网    

参考资料
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贡献者
刘萌萌    


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