5G通信系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

一、什么是5G？

      5G（the fifth generation,第五代移動通信系統(tǒng)）是移動無線技術(shù)的下一個重要發(fā)展。ITU（International Telecommunication Union，國際電信聯(lián)盟）在2015年正式將5G的法定名稱確定為“IMT-2020”，并提出了5G的相關(guān)性能要求。廣域覆蓋場景可以獲得100Mbit／s的用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)速率，頻譜效率將比4G 提高三倍，能耗不高于現(xiàn)在部署的4G網(wǎng)絡(luò)能耗，實(shí)現(xiàn)1ms的空中下載延遲，在高速鐵路場景下支持高達(dá)500km／h的移動性，同時確保服務(wù)質(zhì)量可以接受，支持高達(dá)106／km2的連接密度。

二、5G的三大應(yīng)用場景？

    增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）和超高可靠低時延通信（uRLLC）。

      eMBB主要有兩個應(yīng)用場景：熱點(diǎn)地區(qū)和廣域覆蓋。熱點(diǎn)地區(qū)用戶密度大、移動速度低、業(yè)務(wù)量大、用戶的傳輸速率高；廣域覆蓋為無隙覆蓋、中到高移動性、數(shù)據(jù)傳輸速率低于熱點(diǎn)地區(qū)。

      mMTC要求有海量設(shè)備同時接入網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以上行為主，每臺設(shè)備的數(shù)據(jù)量很小，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等。

      uRLLC要求可靠性高、時延低。應(yīng)用于自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

三、5G國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀？

    國外，5G標(biāo)準(zhǔn)主要是由ITU和全球移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP（Third Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃）共同完成。3GPP負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的制定，ITU負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的測試和發(fā)布。

    國內(nèi)，2019年6月6日工信部正式向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通和中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司發(fā)布5G牌照，中國進(jìn)入5G商用元年。

四、5G關(guān)鍵技術(shù)？

   ①massive MIMO（massive Multiple-Input Multiple-Output，大規(guī)模天線技術(shù)）使得基站擁有的天線數(shù)量是現(xiàn)在4G MIMO的1-2個數(shù)量級以上，而服務(wù)的終端數(shù)目遠(yuǎn)少于基站的天線數(shù)目。這樣基站可以利用相同的時頻資源同時服務(wù)多個終端，從而增強(qiáng)了基站同時接收和發(fā)送多路信號的能力，提高了頻譜利用率和系統(tǒng)容量。

    ②物理層關(guān)鍵技術(shù)—F-OFDM（Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，子帶濾波的正交頻分復(fù)用）由華為公司提出，是一種可以滿足5G需求的多載波調(diào)制技術(shù)。

    4G的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))通過子載波間相互正交并引入CP (Cyclic Prefix，循環(huán)前綴)來解決碼間串?dāng)_問題。但它的主要問題就是不夠靈活，OFDM中所有業(yè)務(wù)均為同樣的時頻配置。時域上一個無線幀長度固定為10ms，一個子幀長度固定為1ms，一個子幀固定包含2個時隙，每個時隙長度固定為0.5ms；頻域上每個子載波的帶寬固定為15kHz。

    5G的子載波長度可以靈活配置，能為不同的業(yè)務(wù)提供不同的子載波間隔，以滿足不同的業(yè)務(wù)需求。

此外，F(xiàn)-OFDM不同帶寬的子載波之間本身不再具備正交特性，需要引入保護(hù)帶寬，會浪費(fèi)帶寬。但F-OFDM通過優(yōu)化濾波器的設(shè)計(jì)大大降低了帶外泄露，不同子帶之間的保護(hù)帶開銷可以降至 1％左右，大大提升了頻譜的利用效率，帶寬利用率高達(dá)97％。

     ③切片技術(shù)是將一個物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)切片從無線接入網(wǎng)到承載網(wǎng)再到核心網(wǎng)在邏輯上都是獨(dú)立的。當(dāng)某一個切片發(fā)生故障時，將不會影響到其他切片的正常運(yùn)行。

    ④MEC(Mobile Edge Computing，移動邊緣計(jì)算)技術(shù)能夠?yàn)闊o線接入網(wǎng)提供IT和云計(jì)算能力，使得終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在本地進(jìn)行及時處理，不必上傳到核心網(wǎng)。這樣可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)回傳帶寬資源，緩解核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)壓力，避免了核心網(wǎng)資源的進(jìn)一步投資。此外，基于無線接入網(wǎng)的IT和云計(jì)算能力，可以將原來部署在Internet或者遠(yuǎn)端云計(jì)算中的業(yè)務(wù)下沉至匯聚層或接入層，更加靠近終端用戶，從而有效降低網(wǎng)絡(luò)端到端時延。

     5G作為新一代移動通信技術(shù)，將會再一次改變?nèi)藗兊纳罘绞?。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，5G會深度融合到各行各業(yè)，未來無人駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧城市等都將變成現(xiàn)實(shí)。