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5G网络简介
摘要
随着无线技术的快速发展，第五代（5G）无线通信系统的概念开始出现。 但大多数人对5G知之甚少，包括5G无线通信网络的某些方面，就像5G所说的那样：核心5G系统概念的构建块是什么，主要挑战是什么以及如何解决它们。 此外，从事中国5G，5G发展形势的一些国家和组织也受到大家的关注，中国也需要在这样的竞争环境中占有一席之地。
关键字
5G网络，历史，核心概念，挑战，中国解决方案
1简介
5G（第五代移动通信）是面向2020年的新一代移动通信移动通信系统，其频谱效率高，功耗低，在传输速率和资源利用率方面比4G系统提高了10倍，其无线覆盖性能和 用户体验将得到显着改善。 5G将与其他无线移动通信技术紧密结合，构成新一代无处不在的移动信息网络，满足未来10年移动互联网流量1000x的发展需求。[1]
在本文中，我将向您介绍一些最新的研究和发展历史，核心5G系统概念的构建块是什么，主要挑战是什么以及如何首先解决它们。 在接下来的文章中，我将介绍近几年中国5G在中国的发展以及研究文献后的结论。
2 研究和发展历史
2013年2月，欧盟宣布将提供5000万欧元用于加速5G移动技术的发展，计划在2020年推出成熟的标准。[2] [3]
2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布成功开发了第5代移动通信（5G）核心技术，预计将于2020年开始商业化。 该技术可以以28GHz至1Gbps每秒的超高频率传输数据，最大传输距离可达2公里。 相比之下，目前的第四代长期演进（4GLTE）和服务的传输速率仅为75Mbps。 之前的传输瓶颈被广泛认为是一个技术问题，而三星电子则是采用64个自适应阵列天线元件传输技术来破解这个问题。 与韩国4G技术的传输速度相比，5G技术要快上百倍。 使用这种技术，下载高清（HD）电影只需要10秒钟。
早在2009年，华为就推出了早期的研究相关技术，并在晚些时候展示5G基地的原型。2013年11月6日，华为宣布将在2018年投资6亿美元用于5G技术开发和创新， 并预测到2020年用户将享受到20Gbps的商用5G移动网络。
2014年5月8日，日本电信运营商NTT DoCoMo正式宣布，爱立信，诺基亚，三星等六家厂商共同合作，开始测试凌驾1000倍，比现有4G网络承载能力高的5G网络，高速网络传输 速度有望达到10Gbps。 户外测试计划于2015年开始，预计将于2020年开始运营。[3]
2015年3月1日，英国“每日邮报”报道称，英国5G网络已经成功开发和测试了数据传输在每秒100米内的数据传输量高达125GB，是4G网络的6.5倍，理论上30秒 下载电影，并补充说，2018年，2020年的公共测试投资正式投入商业用途。[4]
2015年2月11日下午消息，IMT-2020（5G）推广小组（以下简称“推进小组”）在北京召开了5G白皮书发布会。 白皮书从移动互联网和网络主要组成应用场景，业务需求和挑战入手总结了连续广域覆盖，高可靠性四大技术5G场景的高容量，低功耗和低延迟连接。 同时，核心技术和关键能力5G和5G概念的结合提出了“旗性性指数 一套关键技术”的共同定义。
2015年3月3日，欧洲经济与社会委员会数字Furusawa Ottinge正式宣布了欧盟的5G公私合作愿景，并努力确保在欧洲下一代移动技术的话语权达到全球标准。 Ottinger表示，5G公私合作愿景不仅涉及光纤，无线或卫星通信网络的相互融合，还将采用软件定义网络（SDN），网络功能虚拟化（NFV），移动边缘计算（MEC ）和雾计算技术。 在频谱方面，欧盟关于公私伙伴关系的愿景将被指定为5G数百兆赫以改善网络性能，60 GHz和更高频段也将被考虑在内。
一些国家和组织宣布，5G网络将在2020年至2025年之间运行。
3核心概念
什么是5G？ 我相信当看到5G时，很多人会质疑这个问题。 从这个词的含义来看，5G是指第五代移动通信。 但是，它应该如何定义？ 目前，5G概念的全球行业尚未达成一致。 中国IMT-2020（5G）小组发布了白皮书，将“5G，5G集成关键能力和核心技术”概念，“重要目标”和“一组关键技术”5G概念概括为一个共同定义。 其中，标志指标“Gbps速率用户体验”是一套关键技术，包括大规模天线阵列，超密集网络，新型多站点，全频谱接入和新型网络架构。
回顾移动通信发展的历程，每一代移动通信系统都可以通过性能指标和关键技术标志来定义。 其中，1G采用FDMA，仅模拟语音业务; 2G主要使用TDMA，可以提供语音和低速数字数据业务; 3G到CDMA技术的特点是用户峰值速率达到2Mbps，达到几十Mbps，支持多媒体数据业务; 以4G OFDMA技术为核心，用户峰值速率可达100Mbps〜1Gbps，可支持多种移动宽带数据业务。
5G的关键竞争力比前几代移动通信更丰富，用户体验速度，连接密度，端到端延迟，峰值速率和移动性等都将是5G关键性能指标。 然而，与过去仅强调不同峰值速率的情况不同，业界普遍认为用户体验率是最重要的性能指标，它真正反映了用户可用的实际数据速率，而用户体验是 最接近的表现。 基于主场景5G的技术需求，5G用户体验率应达到Gbps级。
面对极端性能需求差异化的各种场景，5G不能为所有情况提供解决方案。 另外，目前的无线技术创新有多元化的发展趋势，除了新的多接入技术，大规模天线阵，超密网，全频谱接入，新的网络架构外，也被认为是 主要技术方向.5G可以在主要技术领域发挥关键作用。[5]
新型网络结构
Gbps用户体验率
超密集网络
大规模天线阵列
新型多接入技术
新型网络结构
图 1 - 5G概念图
4挑战和解决方案
在这一部分中，我概述了移动网络发展中观察到的一些研究挑战和方向，并展示了一些可能成为未来趋势和解决方案，可能会导致网络性能提高，同时满足不断增长的用户需求。
4.1 5G传输挑战
为了理解5G传输的挑战，人们必须了解5G如何演进无线接入部分。在研究5G的各种举措中，我们可以根据下一代无线接入网络必须支持的场景来定义5G。 [6]总共定义了五种未来场景，即非常快（用户希望享受瞬时网络连接），在人群中提供卓越的服务，无处不在的事物通信（即对物联网的有效支持），超级实时 可靠的连接以及最佳的体验。 每种情况都会带来挑战。
这些挑战中的三项（即非常高的数据速率，非常密集的用户群和移动性）更加传统，因为它们与持续提升用户体验和支持日益增长的流量和流动性有关。两个新出现的挑战，非常低的延迟和非常低的能量，成本和大量的设备，与无线通信在新领域的应用有关。未来的应用可能与这些场景中的一个或几个场景相关联，从而对网络带来不同的挑战。在METIS中，定义了十二个特定的测试用例并映射到五个场景。选定的测试用例基本上是对未来应用程序的空间进行采样。一旦确定了满足这些测试用例要求的技术支持者，就可以成功地支持受到相同基本挑战的其他应用程序。因此，为5G测试案例定义技术支持者意味着还要为5G挑战定义技术解决方案。
虽然METIS [7]专注于无线接入，但为5G定义的挑战预计也会影响运输。支持非常高的数据速率将需要更高容量的无线接入节点以及无线接入站点的密集化。这反过来又转化为需要支持更多站点和每个站点更高容量的传输网络，即巨大的流量。人群情景中的优质服务将对运输网络提出要求，以便为特定地理位置提供非常高的按需容量。此外，最佳体验会伴随着您的情景，对运输资源的快速可重构性提出挑战。相反，其他5G挑战预计不会在形成传输方面发挥重要作用，例如非常低的延迟和非常低的能耗，成本和大量设备。目前基于现代无线和/或光学技术的适当尺寸的传输网络现在已经能够提供极低的延迟，即传输网络的端到端延迟贡献通常几乎可以忽略不计。此外，虽然大量连接的机器和设备将对无线网络构成挑战，但它很可能不会对运输产生重大影响。这是由于一个地理区域上的大量设备产生的流量已经在交通工具中聚合的事实。总结上述传输网络的三种场景以及相应的挑战和测试案例。请注意，不报告所有原始测试案例，但只报告对传输网络构成挑战的案例。这些信息将在本文稍后用于确定合适的运输技术。
4.2 5G传输挑战以及一些解决方案
本节概述了5G无线网络的多种传输方式。 5G传输网络可以分为两个不同的部分，即小型小区传输和城域/聚合（图2）。 小型小区传输段聚合去往/来自无线小型小区朝向城域/汇聚段的业务。 取决于具体的无线接入场景，技术（例如光学，无线）和拓扑（例如，树，环，网格）方面的不同解决方案是可能的。 另一方面，城域/汇聚段相互之间将不同的站点类型（即，宏小区和/或小小区）连接到核心网络，后者通过服务边缘（用于不同网络域之间的互连的服务节点）。
对于城域/汇聚部分，一个有前途的解决方案是由密集波分复用（DWDM）[8]为中心的网络来表示的。 在这样的网络中，分组聚合发生在网络的边缘（例如，在小/宏小区站点和服务边缘处），而在中心（即，在接入和城域环之间）交换完全在光学 这归功于有源光学元件，如波长选择开关（WSS）和可重构光分插复用器（ROADM）。 已经证明，以DWDM为中心的解决方案有可能提供高容量（大约几十到几百Gbps）并且能耗低于它们以分组为中心的对应方（即，在网络中心处具有分组聚合）。 [9]因此，以DWDM为中心的城域/汇聚概念可能成为未来5G传输网络的理想选择。
4.3机器对机器通信
机器对机器通信除了网络的演进，我们还观察到器件的演变变得越来越强大。 未来的无线领域不仅将通过智能手机，平板电脑或游戏机等设备为移动用户提供服务，而且还将为诸如汽车，智能电网终端，健康监测设备和家用电器等大量需要连接的其他设备 到互联网。 连接的设备数量将以非常高的速度增长。 据估计，M2M流量在2012年至2017年间将增长24倍。[11]
M2M通信现在已经经常用于车队监控或车辆跟踪。 未来可能的使用场景包括各种各样的电子医疗应用和设备，例如用于解决老年痴呆症患者或可穿戴心脏监护仪等老年人需求的新型电子和无线设备。 这种传感器可以帮助患者监测，并帮助医生不断观察患者，并以更好的方式治疗患者。 它也将降低治疗成本，因为它可以做到远程，而不需要去医院。
使用身体局域网（BAN）进行远程患者监护，其中许多无线传感器（皮肤上和植入的）记录患者的健康参数并将报告发送给医生，这将很快成为现实，并且是5G范例的重要部分。 因此，为了提供电子医疗服务，5G需要提供高带宽，满足极高的服务质量（QoS）要求，例如用于医疗目的的超低延迟和无损视频压缩，并实施增强的安全机制。 此外，由于流量类型的高度多样性，从计量表定期发送的报告到高质量的医疗视频传输，需要进行扩展工作来有效管理无线电资源。
4.4 核心网络虚拟化
走向5G不仅在无线接入网络（RAN）中发生变化，而且在核心网络（CN）中也发生变化，在网络设计中需要新的方法来提供与越来越多的用户和设备的连接。 趋势是将软件与软件分离，并将网络功能转移到后者。 由开放网络基金会（ONF）标准化的软件定义网络（SDN）假定控制和数据平面分离[12]。 因此，由于集中化和可编程性，转发的配置可以极大地自动化。
此外，旨在定义网络功能虚拟化（NFV）的标准化工作由多家工业合作伙伴进行，包括ETSI内的网络运营商和设备供应商。[13] 引入新的基于软件的解决方案要比安装具有特定功能的附加专用设备快得多。 这两种解决方案都可以提高网络适应性并使其易于扩展。 由于操作更简单，人们可以期待更加动态和更快地部署新的网络功能。
4.5 总结
我只列举了5G网络的部分挑战和可能的解决方案，事实上，在制定正式的通用5G之前，还有许多问题需要克服，同时也需要努力前线研究人员。
5 中国的5G
5.1 白皮书
2015年2月11日，中国发布了关于5G概念的白皮书。 它瞬间让更多人关注5G。 尽快让人们渴望5G网络。
白皮书发布后，从各个角度概念，核心竞争力，5G的技术特点进行了定义和解读。 同时，这是IMT-2020（5G）去年在推出白皮书5G愿景后推广该组织，并需要另一部杰作。 可以预见的未来，随着中国政府更加重视5G的发展并采取更加开放的态度，在行业的共同努力下，中国将在全球5G发展中发挥越来越重要的作用，全球产业也将会 统一的5G标准迈进。
5.2 5G标准
中国将积极参与5G标准的制定，将有助于中国进一步提升国际通信标准的专利地位，为我们的手机制造保驾护航。
中国是一个制造大国，国家提出了创建战略转移到中国，3G和4G标准的成功经验将帮助我们在5G标准时间的发展中获得更多专利，实现中国创造目标的转型。
5.3 中国通信公司
2015年2月12日，国际电信联盟标准5G启动研究工作，并明确了IMT-2020工作计划：将在2015年完成IMT-2020国际标准的初步研究，2016年将开展5G技术性能要求和评估方法研究，到2017年底开始收集5G候选人到2020年底完成标准。
值得注意的是，在5G标准中，华为，中兴等中国电信公司等爱立信老牌通信公司也发挥了重要作用，其中华为从2013年到2018年，五年内就是捧出6亿美元5G行为研究和创新。
近日，中兴通讯5G关键技术取得新进展。继年底完成Massive MIMO天线阵大量现场测试后，中兴通讯自主研发了提出的超密集网UDN，多用户共享接入多用户共享接入等核心技术通过论证，预计在Pre5G阶段应用。[14]
华为CEO胡浩坤轮换表示，到2015年，公司将花费相当于2014年研发
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