5G笔记| 概述：5G三大应用场景、5G关键技术概览

发布时间：2023-12-17 12:09:11 所属栏目：云计算来源：DaWei

导读： 什么是5G

5G(5th Generation Mobile Communication System)指第五代移动通信系统

5G的特性

eMTC和NB-IoT互为补充：

5G的三大应用场景

5G三大应用场景：

可见，5G不单单是

什么是5G

5G(5th Generation Mobile Communication System)指第五代移动通信系统

5G的特性

eMTC和NB-IoT互为补充：

5G的三大应用场景

5G三大应用场景：

可见，5G不单单是给人用的（2C），其变革性在于在垂直行业应用的拓展（2B）

上面的eMBB就主要适用于 2C 的 VR、AR、8K、云游戏等；而mMTC和uRLLC则是用于2B

目前在NSA组网下，仅实现了支持 eMBB 的 5G 网络

增强移动宽带业务eMBB的实现：高速率

根据香农公式C=Blog2(1+S/N)C=Blog_2(1+S/N)C=Blog2?(1+S/N)，提升传输速率最直接的方法是提高带宽，可以从三个方面来实现：

此外，还有一些其他技术：

毫米波

毫米波带来了更丰富的频带资源，而电磁波的频率越高，绕射能力越弱，穿透能力越强，传播中的能量消耗也越大

5G其实没什么突破性的新技术，提升速率和容量无非就是：

波束赋形

聚拢信号能量，从而产生方向性波束(类比喊话时使用喇叭将声音聚拢，声波就能传输得更远)，一般波束越窄，信号增益越大，但只要波束偏离用户，信号质量极差

多点协作传输CoMP技术：干扰抑制

多点协作传输CoMP(Coordinated Multipoint)，不同基站协作解决干扰问题，两种思路：避免干扰/将干扰转化为有用信号

CoMP本质上就是MIMO技术在多小区场景下的应用，即利用空间信道上的差异来传输信号

同时同频全双工CCFD

传统的双工方式：TDD和FDD，它们都需要将通信资源分为两份，供双向通信使用，需要双倍的资源开销

同时同频全双工CCFD：在同一时间和同一频段实现双向通信，提升了频谱效率，增加系统的数据吞吐量

CCFD的关键技术：自干扰消除，也就是消除自己发出的信号

自干扰消除具体有三类：

正交频分复用OFDM与F-OFDM

传统的复用有TDM、FDM、CDM，其中CDM的思想是用正交的扩频码处理数据，使得数据能够在同时同频上传输，并且还能被完全分离

到了4G时代，提出的复用技术是OFDM

相比FDM，OFDM的各个子载波不需要保护频带，即使这样各载波也能完全分离，原因就在于各个子载波之间正交（正弦/复指数信号的正交特性），其思想与CDM有异曲同工之妙

然而，OFDM信号，在连续的频带内虽然无需保护频带，但在频带的边缘，仍然逃不了使用保护频带，在 4G 网络中，这个保护频带所占用的带宽要达到总带宽的10%，也就是说 10%的频率资源都白白浪费掉了

5G的改进在于使用F-OFDM，泄漏情况大大改善，保护频带所占用的频带缩减到 2-3%，从而数据传输速率可以提升 8%左右

在这里插入图片描述

海量机器类通信业务mMTC的实现：非正交多址NOMA

即使是F-OFDM 的复用效率，远远没法支撑 mMTC 宏大的目标：每平方公里能同时接入100 万个设备

海量机器类通信业务mMTC的场景，需要实现大量终端的同时通信，因此引入了非正交多址NOMA

复用技术，就是同一个信道上同时传输多个数据流；

多址技术，就是同一个信道上同时传输多个数据流，且每个数据流服务一个用户，最终同一信道服务多个用户

多址技术的演进：

OFDM中同一时刻仅一个用户，占用所有频带资源；

而OFDMA是OFDM与多路存取的结合，有OFDM/FDMA、OFDM/TDMA、OFDM/CDMA

NOMA的具体方案有：华为的 SCMA、中兴的 MUSA 、大唐的PDMA等

NOMA的优势：

但是要注意，NOMA的缺点也很明显：

因此，只有 mMTC场景下，会采用 NOMA

此外，对于uRLLC场景，也不需要连续传输大量数据，用 OFDM 或者 NOMA 都有可能

5G的复用和多址技术，不是单一的 OFDM，而为了适应更多场景，会采OFDM+NOMA 的结合

各频段的频谱利用

高频段和中低频段都要充分利用，一方面高频段解决了热点地区的容量问题，另一方面中低频段解决网络覆盖，保证远距离通信，高中低频段相互补充

低时延高可靠通信业务uRLLC的实现移动边缘计算MEC

如果终端直接访问移动云计算，带来大量数据传输，增加网络牙利

扩展现实XR与5G

XR扩展现实，包括VR、AR等技术

传统VR设备，对于CPU与GPU的算力要求高，故导致了VR眼睛设备庞大；

而如果利用移动边缘计算，结合5G的高速率和低时延，使CPU与GPU从VR眼镜中分离出来放在云端，直接将渲染好的图像传输至VR设备，VR眼镜转变成了单纯的显示设备，即可实现轻量化

R17将评估边缘云+轻量化终端的分布式架构是否能支撑XR应用场景

终端直通技术D2D

终端与终端在近距离内自建链路进行通信，而无须经过基站，从而降低核心网压力，实现低延迟

D2D可用于本地业务、基站受损时的应急通信、车联网中的V2V通信

5G网络架构超密集组网架构

5G使用更高频段（毫米波），带来了更丰富的频带资源，而电磁波的频率越高，绕射能力越弱，穿透能力越强，传播中的能量消耗也越大，从而基站的覆盖范围也随之减小，因此需要微基站的密集建设，微基站功率更小，离移动终端更近

具体实现中，有两种超密集组网架构

以用户为中心的网络UCN

以用户为中心的网络UCN(User-Centric Networks)，核心思想：终端用户可以按需选择和控制为其服务的网络

集中式无线接入网C-RAN

网络架构的演进：

C-RAN的特点：

网络切片技术

网络切片，就是将物理网络分为多个虚拟网络，每个虚拟网络对应不同场景，即满足不同的服务需求（时延、带宽、可靠性），各个网络切片独立运行，各取所需，总体上更有效的利用资源，实现分类管理、灵活部署

具体实现上，使用网络功能虚拟化NFV这一工具，将网络切分为提供不同服务的网络切片，将网络设备分解为硬件和软件，用软件来控制真实硬件上的网络功能；

对应将网络分为物理链路层和逻辑链路层。逻辑上，切片就是根据需求来重组网络功能NF资源，底层数据的具体传输基站与云计算，则由通用服务器统一部署硬件来完成

无人机UAV基站

UAV基站就是用无人机搭载通信基站，可以灵活部署，提供空中接入，用于灾区临时基站、热点地区的补热覆盖、为建筑物阴影补盲等

5G非地面网络（5G NTN）

将5G用于非对地面通信（对空、对海等），可使5G用于无人机、船只通信，从而建设立体覆盖的网络

6G技术

6G愿景：智慧连接、深度连接、泛在连接

具体技术：太赫兹通信、可见光通信、轨道角动量技术（传统使用电磁波的线动量）、空天地一体化网络

（编辑：鄂州站长网）

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