5G入门了解
发展史
移动通信的发展具有代际演进规律
5G中的G代表一代
5G已经是第五代移动通信技术了
-
1G：1980年诞生，国内第一代通信技术采用的是英国TACS制式，创建初期，该技术主要应用于通话
-
2G：上世纪九十年代，2G在国内开始推广，主要通信技术由GSM、IS-95、GPRS。二代通信技术代替了一代通信技术，完成了模拟技术向数字技术的转变
-
3G：随着科技的进步，人们对移动网络的需求也在增加，中国于2000年正式发展3G通信技术，3G技术为我们提供了影像通话和大量数据的传输
-
4G：2010年，4G技术进入我们的生活，4G技术将3G与WLAN集合于一体，能够快速的传输图像、数据、音频等，直至今日，4G技术依然没有淘汰
-
5G：2020年，中国正式进入了5G元年，5G虽然刚刚起步，但是潜力无限，代表技术有虚拟现实、零时延感知
5G技术指标
| 指标名称 | 4G参考值 | 5G取值 |
|---|---|---|
| 流量密度 | 0.1Tbps/Km² | 10Tbps/Km² |
| 连接数密度 | 10万/Km² | 100万/Km² |
| 时延 | 10ms | 1ms |
| 移动性 | 350Km/h | 500Km/h |
| 能效 | 1倍 | 100倍提升（网络侧） |
| 用户体验速率 | 10Mbps | 0.1-1Gbps |
| 频谱效率 | 1倍 | 3倍提升（某些场景5倍） |
| 峰值速率 | 1Gbps | 20Gbps |
指标名称解释：
- 流量密度：单位面积内的总流量数
- 连接数密度：指单位面积内可以支持在线设备总和
- 时延：发送端到接收端接受数据之间的间隔
- 移动性：支持用户终端的最大移动速度
- 能源效率：每消耗单位能量可以传送的数据量
- 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：每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量
- 峰值速率：用户可以获得的最大业务速率
5G应用场景
VR技术的进化-云AR/VR的出现和兴起
- PC VR、移动VR、2D VR：AR虽然拥有多样化，但是目前市场主导仍然只有使用微信显示器的单眼智能眼镜，大多数的应用程序主要是2D和受限制的3D内容。
- 云辅助VR和3D AR/MR：基于云的运动处理和运动视角传像的作用越来越大，在VR领域中，硬件转为全室规模应用，除了房间规模的定位追踪，使用室内定位也将开始在AR、VR中发挥更大作用。
- Cloud AR/VR的开始：在接下来的5-10年，AR、VR关键的窗口期开始。
- Cloud VR和MR：AR和VR都将经历最大的增长潜力。这种潜力是由多种技术进步产生的，包括：5G、基于云的服务，以及潜在的硬件改进，例如可以在不透明（用于VR）和半透明（用于AR）之间转换的显示器。
- 车联网
- 车联网是IT和传统汽车的有机结合，就好比骨骼与血液的关系。事实上，车联网也是物联网在汽车领域的一个细分应用，是指车与路、车与车、车与人、车与基础设施之间实时联网、信息互通，从而对车、人、物、路、位置等进行有效的智能监控、调度、管理的网络系统。
-
4G时代车联网：简单来说就是汽车的多媒体系统有了一个网络，最大的改变就是导航，我们可以放弃手机导航，不需要手机支架以及数据线了
-
5G时代车联网：5G，让车联网变为现实
5G车联网是未来实现自动驾驶、无人驾驶的重要条件。在5G通信网络大量部署的时代，5G车联网因为不需要单独部署路边基础设施，并具备可以和移动通信功能共享计费等优点，所以会迎来快速发展。
-
- 车联网是IT和传统汽车的有机结合，就好比骨骼与血液的关系。事实上，车联网也是物联网在汽车领域的一个细分应用，是指车与路、车与车、车与人、车与基础设施之间实时联网、信息互通，从而对车、人、物、路、位置等进行有效的智能监控、调度、管理的网络系统。
远程医疗
远程医疗，指的是利用通信和信息技术来实现异地疾病诊断、治疗和健康护理等多宗医学功能的医疗模式。
5G系统的发展，大大缩短了患者到医院的距离。5G时代的到来，将远程医疗推动到更深层次的发展状态，除了远程视频会诊、面向个人患者和家庭患者的远程会诊和保健系统，远程外科手术亦成为领域内研究热点，移动健康医疗也将成为后续发展趋势中不可或缺的部分。
智慧城市
- 利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量。
- 智能路灯是智慧城市基础设施的重要组织部分，是指通过应用先进、高效、可靠的电力线载波通信技术和无线通信技术等，实现对智慧灯杆的远程集中控制与管理。并能根据车流量自动调节亮度、远程照明控制、故障报警、灯具线缆防盗、远程抄表以及定位服务等功能。
5G关键技术
超密集组网
- 5G需要满足热点高容量场景
- 超密集组网：大量增加小基站，以空间换性能
基站一般包括：宏基站和小基站
- 小基站：即“铁塔站”，覆盖一般在千米范围
- 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
小基站优势
- 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，提升信息质量和高速率
| 分类 | 用户密度 | 基站密度 | 基站半径（m） | 用户数据速率 | 部署场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 微基站 | 高 | 中 | ＜300 | 中 | 室外补盲区 |
| 微微基站 | 高 | 中 | ＜100 | 中 | 室外热点 |
| 室内基站 | 中/高 | 中 | ＜50 | 高 | 办公室、购物场 |
| 家庭基站 | 低 | 高 | ＜20 | 高 | 家庭、咖啡馆 |
| 个人基站 | 低 | 高 | ＜10 | 低 | D2D |
大规模天线阵列
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
动态自组织网络（SON）
SON:指可自动协调相邻小区、自动配置和自优化的网络，以减少网络干扰，提升网络运行效率。
用于满足低时延高可靠场景
优点：
- 部署灵活
- 支持多跳
- 高可靠性
- 支持超高带宽
软件定义网络（SDN）
SDN（Software Defined Network）是由美国斯坦福大学clean-slate课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
网络功能虚拟化（NFV）
- NFV简介
- NFV的定义：NFV希望通过标准的IT虚拟化技术，把网络设备统一到工业化标准的高性能、大容量的服务器，交换机和存储平台上。该平台可以位于数据中心、网络节点及用户驻地网等。
- NFV和SDN的关系：软件定义网络（SDN）是一种新型的网络架构，它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，并实现可编程化控制。 SDN由应用层、控制层和基础设施层组成，其三大特征是控制转发分离、控制层进行逻辑集中控制、控制层向应用层开放API。符合这3个特征的SDN架构可能影响和改变运营商网络的方方面面，是目前通信产业非常关注的技术。
5G面临的挑战
新的业务
- eMBB:AR/VR等传输速率要求高
- mMTC:对连接数量、耗电/待机要求较高
- uRLLC:对时延（1ms）、可靠性（99.999%）要求很高
新的场景
- 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
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
安全挑战
- 三大场景安全挑战
- eMBB:安全处理性能，二次认证、已知漏洞
- mMTC:轻量化安全，海量连接信令风暴
- uRLLC:低延时的安全算法、边缘计算、隐私保护
- 新架构安全挑战
- SDN.NFV等新安全机制要适应虚拟化、云化的需要