5G知识
一、前言
时光飞逝岁月如梭，技术发展可不等人。5G也逐渐踏入人们的生活，未来世界也伴随着智能家居、智慧城市、智能汽车、智能机器人等等。提到5G大家一定会想到“快”，那么有多快，比喻成2G比作自行车，3G比作摩托车，4G比作汽车，5G如高铁。2G到4G，本质上人与人联系，但5G除了以上还实现了人与物，物与物。也将意味着5G推动“物联时代”的到来，更加深刻改变着人们的生活。
二、目录
1 1G-5G移动通讯发展历程
2 5G技术指标
3 5G应用场景
4 5G关键技术
5 5G面临的挑战
三、总结
1 1G-5G移动通讯发展历程
“G”代表一代，5G就是第五代
10年表示一代。
1980s 1G时代，主要是语音通话
1990s 2G时代，主要是短信
2000s 3G时代，主要是社交应用方面
2010s 4G时代，主要是在线、互动和游戏
2020s 5G时代，主要是虚拟现实、零时延时感知
2 5G技术指标
1.5G流量密度可以达到10Tbps 而4G是0.1Tbps，是4G的100倍。
2.5G的连接数密度是100万/km2 而4G是10万/km2，是4G的10倍。
3.5G的时延只有1毫秒，而4G是10毫秒。
4.5G的移动性是500km/h，而4G只有350km/h。
5.5G的能效是100倍，而4G只有1倍。
6.5G的用户体验速率可以达到0.1-1Gbps，而4G只有10Mbps。
7.5G的频谱效率是3倍，某些情况可以达到5倍，而4G只有1倍。
8.5G的峰值速率有20Gbps，4G只有1Gbps。
3 5G应用场景
3.1（1）VR虚拟现实
（2）AR增强现实
（3）MR混合现实
3.2车联网
（1）自动驾驶
（2）远控驾驶
（3）编队驾驶
3.3远程医疗
（1）远程B超
（2）远程手术
3.4智慧城市
（1）智慧灯杆
（2）平台原理模型
4 5G关键技术
4.1超密集组网
（1）大量增加小基站，以空间换性能
（2）基站一般包括：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10M-200M，小基站又细分为
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
（3）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，提升信号质量和高速率
（4）部署架构：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
4.2大规模天线阵列
优点：
（1）提升了信号可靠性
（2）提升了基站吞吐率
（3）大幅降低对周边基站的干扰
（4）服务更多的移动终端
传统天线：2/4/8根Massive MIMO可达64、128、256个天线
4.3动态自组织网络（SON）
动态自组织网络用于满足5G
两方面的性能要求:低时延、高可靠场景下降低端到端时延，提高传输可靠性;在低功耗、大连接场景下延伸网络覆盖和接入能力。在传统蜂窝网络架构下，终端必须通过基站和蜂窝网网关才能与目标端进行通信。在这种架构下，终端在获得数据传输服务前必须首先选择一个服务基站，与服务基站建立并保持连接。在动态自组织网络中，任何接入网节点，都具备数据存储和转发功能，动态自组网中的每个节点，都具备无线信号收发能力，并且每个节点，都可以与上一个或多个相邻节点进行无线通信，整个自组网呈网状结构。在动态自组织网络中，任何节点间(终端与终端、终端与基站、基站与基站等)均通过无线通信，无须任何布线，并具有支持分布式网络的冗余机制和重新路由功能。任何新节点(如终端或基站)的添加，只需要简单的接上电源即可，节点可自动配置，并确定最佳多跳传输路径。
动态自组网有如下优点:
部署灵活
部署方面，动态自组织网络节点(终端或微型基站)，只要处于目标区域，就可以进行自动的配置， 自动建立并维护网络拓扑，确定最佳传输路径，大大降低网络部署成本，加快部署 速度。
支持多跳
动态自组织网络支持多跳传输，与发射端有直接视距的接收端先接收到无线信号，然后接收端无线信号转发到与它直接视距的下一跳终端。因此，数据包在自组网络中传输，能够这样一跳一跳传递下去，直至到达目标终端。动态自组织网络通过多跳方式传输，大大扩展
高可靠性
动态自组织网络支持空口中多路冗余传输提高传输可靠性，还通过支持多路由传输提高端到端传输可靠性，如果传输中某节点故障，可通过备用路径切换到另一节点。因此，动态自组织网络比传统蜂窝网络更可靠，因为它不依赖于单一节点的性能。在传统蜂窝网络中，如果某一基站故障，该基站覆盖的区域也将瘫痪。
支持超高带宽
无线通信领域传输距离越短，越容易获得高带宽。因为传输距离越长，干扰因素也会大大增加。而自组织网络的多跳传输可以有力的获得高带宽。也因为传输距离小，需要的功率也小，因此更加绿色节能。
4.3软件定义网络（SDN）
在5G的网络架构设计.上要遵循智能、开放、灵活、高效的原则。IT新技术给了5G网络架构的实现，提供了新的技术支持。其中软件定义网络(SDN) 和网络功能虚拟化技NFV，可以有效满足这些需求。
SDN起源
SDN起源于2008 年美国斯坦福大学教授Nick McKeown 等人的Ethane项目研究。其主要思想是将传统网络设备的数据平面和控制平面分离，使用户能通过标准化的接口对各种网络转发设备进行统一管理和配置。这种架构具有可编程可定义的特性，对网络资源的设计、管理和使用提供了更多的灵活性，更有力于网络的革新与发展。传统网络设备向SDN 的演变，正像大型机与PC机的类比。
（1）大型机向PC的演变
IT技术的发展，是由大型机的软硬件一体化，向PC机的:硬件、操作系统、应用软件，这样的分层结构转变的过程。大型机采用专业的硬件、专业的操作系统、专业的应用软件，不能自由定义软件功能。而PC机则是一-个由软件定义功能的产品:安装Windows系统的时候，它就是一台Windows计算机;安装Linux 操作系统的时候，它就是一台Linux计算机;安装游戏软件的时候，它就是一台游戏机;安装翻译软件的时候，它就是一台翻译机当下的网络设备，厂商出厂时封装了什么功能，你就只能用什么功能。定义权牢牢把控在厂商手里，无法通过软件自行定义它的功能。而SDN 的研究者们，除了希望针对软件设备实现软件定义(可编程可定义)功能外，还要实现数据平面与控制平面的分离，即将原有网络设备的控制功能抽离出来，将网络设的数据转发与控制能力分开部署。达到更加灵活高效的管理效果。
（2）传统网络向SDN演进
传统网络设备由原来的软硬件一-体化，向网络分层及虚拟化的方向发展:基础设施层、控制层、应用层。
SDN的定义
SDN的核心技术是通过网络设备控制平面与数据平面区分开来，从而实现网络流量的灵活控制，为核心网络及上层应用的创新提供良好的平台。
SDN逻辑架构
软件定义网络是一种新的网络方法，在物理.上分离网络控制平面和转发平面;路由器=专用路由器硬件+对应的ISo软件组成电脑=CPU+操作系统
总结
SDN-- -软件定义网络
SDN的核心思想---转发和控制分离，从而实现网络流量的灵活控制SDN网络的新角色---控制器
承上:对.上层应用提供网络编程的接口
启下:对下提供对实际物理网络网元的管理
4.4网络功能虚拟化（NFV）
NFV (Network FunctionVirtualization)是采用虚拟化技术，将传统电信设备的软件与硬件解耦，基于通用计算、存储、网络设备实现电信网络功能，提升管理和维护效率，增强系统灵活性。
传统的专用硬件网络及通信设备，将逐步虚拟化、软件化，部署更加灵活，管理和维护成本更低。
传统网络设备向NFV演变
SDN与NFV的区别与关联:
SDN是从传统的全分布式、对等控制的网络架构，演变为控制平面和数据平面分离的架构，由分布式管理变成集中管理，控制平面可以在全局掌握数据平面设备的性能及状态，使链路状态更新更快，容错及收敛效率更高。NFV是将传统的软硬件--体化的网络设备，演变为软件化，在通用硬件(如:PC机或虚拟化平台)上部署。使专用硬件与软件解耦，功能更灵活，应用更方便，也可实现云化部署的目标。
总结:
NFV---网络功能虚拟化
NFV的核心思想---软件和专用硬件解耦，软件与通用硬件联姻
NFV的核心技术--虚拟化，把通用服务器的CPU、内存、Io等资源切片给多个虚拟机使用。把交换机路由器防火墙的功能作为软件应用运行在虚拟机里 来模拟它们的功能。通过openstack来进行管理和编排
NFV带来的网络革命---网络瘦身(专用硬件向通用硬件的转化)，业务带宽随需而动
4.5SDN与NFV的深度融合
SDN是面向网络架构的创新
NFV是面向设备形态的创新
SDNNFV使整个网络可编程、可灵活性 互不依赖，自成体系 相互补充，相互融合
5 5G面临的挑战
5.1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
5.2新业务挑战
uRLLc：对时延、可靠性要求很高
mMTC：对连接数量、耗电/待机要求较高
eMBB：AR/VR等传输速率要求高
5.3新场景
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
5.4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
例如5G智能垃圾桶 5G送货机器人等等
5.5三大场景安全挑战
uRLLc：低时延的安全算法、边缘计算、隐私保护
mMTC：轻量化安全、海量连接信令风暴
eMBB：安全处理性能、二次认证、已知漏洞
新架构安全挑战
SDN、NFV等新安全挑战
总结
移动通信历程：语音到数据、低带宽到高宽带
5G技术指标：中国的5G之花
5G的三大应用场景：uRLLc、mMTC、eMBB
5G新技术：Massive、MIMO、SON、SDN
5G面临的频谱资源、新业务、安全等全新挑战