5G科技 智慧生活

前言

　　当前社会通讯以5G为最前沿，而5G也不是一成而就，4G是5G的基础，5G是4G的延伸。经数据表明，5G的传输速度是4G的10倍左右，且在唔该范围和网络安全性能方面都又进阶和改善，传输信号也更加的稳定，用户体验也更好，也在一定程度满足了当代谁会对于网络的高要求。现在国内的三大移动运营商也都在集中精力发展5G，5G将成为全球焦点，5G时代已经到来。

 

目录

1、 5G的发展过程

2、 5G的技术指标

3、 5G的应用场景和新型产品

4、 5G的关键技术

5、 5G面临的挑战

6、  总结

 

1、5G的发展过程

　　当然5G并不是凭空出现，在其之前还有各代产品。首先出现的是1G，也就是第一代移动通讯系统，也就是模拟蜂窝移动通信系统，以AMPS和TACS为代表。1G在使用过程中，也暴露了很多问题，像频谱率低，业务种类单一等，为满足人们对移动通信的需求，升级衍生出了2G通信系统。2G有俩种通讯系统，分别为TDMA和CDMA。与第一代移动通讯系统相比，第二代移动通信系统吧频率和时间结合使用并以此来寻址，提高了频谱利用率，可以提供更大的容量；可以保证较好的语言质量；系统的保密性较好；但是其数据传输率地下，逐渐满足不了用户对数据传输的需求，所以又开始寻求更好的产品。随着技术的突破，2.5G出现了，2.5G突破了2G交换技术对数据传输速率的限制，是一种介于2G与3G之间的过渡技术，它的基础是GSM，与原有的比较，GPRS在数据业务的承载与支持上具有非常明显的优势，可以更有效的利用无线网络的资源，GPRS还能支持在进行数据传输的同时具有语音通话功能等。但是由于无线信道的多径效应，，是的信号的传输效率不能又很大的提高，这与用户对于高效率多业务的需求相矛盾。理所当然的3G时代来临了。3G的寻址方式采用的是CDMA码分多址，由于使用伪随机码来区分用户, 这使得其可以共用带宽。系统容量是软容量, 可以通过牺牲通信质量来增加用户数量。由于其采用码分多址, 使其具有较强的抗干扰和抗多径的能力, 使得其通信速度比第二代通信系统显著提高。除此之外第三代移动通信系统要能兼容第二代移动通信系统, 这就使得其升级普及方便。提供对多媒体服务的支持以及高速数据传输服务。但是由于3G自身固有的缺陷, 比如3G采用闭环功率控制, 这在电路交换中很容易实现, 但是在高速分组业务中, 由于数据传输速度很快, 而功率控制需要很长时间, 所以导致3G不能传输高速数据。另外由于3G的带宽有限, 传输速度和抗干扰能力之间存在着矛盾。这些都制约着3G速度的调高, 这就决定了3G技术是窄带通信向宽带通信的过渡手段。

　　4G以OFDM技术为核心技术，它是多载波传输的一种, 和3G系统比起来无论是下行速度还是上行速度都比3G系统有了质的提高。OFDM技术是把频带划分成相互正交的一个个子带, 然后把信号调制到这些子带上, 使得这些信号在时间上也是正交的。在接收端采用相反的技术进行接收。这就使得频带利用率得到显著提高, 另外系统的抗干扰能力得到显著增强, 因为信号的传输时间得到延长, 多径效应的影响明显减弱, 再加上循环前缀可以部分或者完全消除子载波间干扰和信号间干扰。再加上数字技术的快速发展使得这项技术的实际应用变成现实。同时系统的抗频率选择性衰落能力得到显著提高, 因为对单个子信道来说信道是平坦的, 系统不需要复杂的均衡, 甚至不需要均衡, 使得系统变得简单。今天，4G已经成为我们生活中不可或缺的一部分。

4G的普及为5G到来做好了铺垫，5G将移动通讯带到了一个新的高度。5G不单单是智能手机一个方面，越来越多的智能产品相继问世，5G也被运用到了广泛的领域。但目前5G技术还不是特别完善，我们可以期待它的进一步的发展，未来，5G不可或缺，科幻的未来终将会成为现实。

 

 

 

 

2.5G的技术指标

（1）数据速率方面：实际网络中数据速率要求达到1~10Gbps,这比传统LTE网络150Mbps的理论峰值数据速率提高了接近10倍。

（2）往返时延：往返时延要求达到1ms，相比4Gd 10ms降低了将近10倍。

（3）带宽方面：要求在单位面积区域具备更高带宽，这是因为当前热点场景越来越多，即在一个特定区域内存在大量设备连接的需求。

（4）网络容量方面：为了使数量巨大的终端设备接入互联网，实现物联网的万物互联愿景。

（5）感知可用性方面：感知可用性基本可以达到100%，网络始终保持可用状态。

（6）覆盖性方面：要求达到100%覆盖，并且应始终保持可用。 （7）能源消耗方面：能源使用量要求减少近90%，绿色技术的发展已经被标准化组织所考虑。 （8）用户设备电池寿命方面：要求降低设备功耗，提升电池寿命。

 

 

 

3、5G的应用场景和新型产品

应用场景

（1）VR：虚拟现实

（2）AR：增强现实

（3）MR：混合现实

新型产品

（1）5G+4K远程教学和全息互动

（2）5G智能汽车

（3）5G智能机器人

（4）5G远程手术

等

4、5G的关键技术

（1）超密集组网：5G需要满足热点高容量场景

 　　　　　　　　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

　　  宏基站：“铁塔站”，覆盖范围在数千米

  　　小基站：涵盖范围在10m-200m，又分为家庭基站、   微基站、微微基站、室内基站、个人基站

　　 小基站的优势：1.体积小，成本低，安装容易，易覆盖

　　　　　　　　　 2.功率小，干扰小，更小范围内实现频率复用，提升容量

　　　　　　　　 　3.距离用户近，提升信号质量和高速率

（2）大规模天线阵列：优点1.提升了信号的可靠性

  1. 提升了基站吞吐率
  2. 大幅度降低对周边基站的干扰
  3. 服务更多的移动终端

（3）动态自组织网络（SON）：用于满足低时延高可靠场景

优点：

  1. 部署灵活：动态自组织网络节点（终端或微型基站），只要处于目标区域，就可以进行自动的部署，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。
  2. 支持多跳：动态自组织网络支持多跳传输，与发射端又直接视距的接收端先接收无线信号，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，数据包在自组织网络中传输，能够这样一跳一跳的传递下去，直至到达目标终端。动态自组织网络通过多跳方式传输，大大拓展了应用领域和覆盖范围。
  3. 高可靠性：动态自组织网络支持空口多余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，如果传输中某结点故障，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，如果是某一基站故障，该基站覆盖的区域也将瘫痪。
  4. 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）软件定义网络（SDN）

  1. 物理上分离控制平面和转发平面
  2. 控制器集中管理多台转发设备
  3. 服务和程序部署在控制器上

　　软件定义网络是一种新的网络方法，在物理上分离网络空中平面和转发平面

　　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

（5）网络功能虚拟化（NFV）

　　软硬件解耦，虚拟化

　　通用硬件实现网络功能

　　总结：

　　　　NFV---网络功能虚拟化

　　　　NFV核心思想---软件和专用硬件解耦，软件与硬件联姻

　　　　NFV的核心技术---虚拟化，吧通用服务器的CPU、内存、IO等资源切片给多个虚拟机使用，吧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他们的功能。通过openstack来进行管理和编排。

　　　　NFV带来的网络革命---网络瘦身（专用硬件想通用硬件的转化），业务带宽随需而动。

（6）SDN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

　　SDNFVS使整个网络可编程、可灵活性

 

　　SON与NFV的本质区别与关联

　二者都有将传统的一体化网络设备进行软硬件洁柔的特点，从封闭走向开放，从独享的硬件发展到共享的软件，二者有很强的互补性，但他们又互相独立，没有必然的依赖性。

    SDN侧重于控制与转变的分离、网络集中控制（逻辑上）和网络虚拟 化，主要影响的是网络结构：而NFV侧重的是软件与硬件的分离、 硬 件通用化和网络功能虚拟化，主要影响的是设备形态。

　　SDN的关键特性：

　　集中控制、优化全局效率

　　开放接口、加快业务上线

　　网络抽象、屏蔽底层差异

　　NFV的关键特性：

  上层业务云化，地城硬件标准化

　　分层运营，加快业务上线与创新

5、5G面临的挑战

（1）频谱资源

　　5GHZ以下的频段已经非常拥挤

　　解决方向：高频段和超高频段

（2）新业务

  　　 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

（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

（4）终端设备

　　联网终端的爆发式增长

　　终端1多模研发、工艺、电池寿命等挑战

（5）安全挑战

　　三大场景安全挑战

　　uRLLC：安全处理性能、二次认证、已知漏洞

　　mMTC：轻量化安全、海量链接信令风暴

　　eMBB：低时延的安全算法、边缘算法、隐私保护

　　新架构的安全挑战

　　SDN、NFC等新安全挑战

 

6.总结

　　　　

　　5G的发展，将会给整个互联网领域带来全新的改变和机会，5G在给技术、经济等产业带来诸多机会的同时，也给消费者带来了更多不同的体验。5G将创造出新的生产方式，整个产业链都将迎来巨大的商机，民众也将得到更加便利科幻的生活。但目前5G的发展和普及还略显不足，就拿5G信号来说，信号的强弱区过多，还需要政府充分发挥引导作用，整合各行各业融合发展。

 

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