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2019-06-13

福德正神机合明科技解读:5G的基本特点与关键技术(二)

发布者:合明科技 ; 浏览次数:255

福德正神机合明科技解读:5G的基本特点与关键技术(二)


文章来源:工信头条

文章关键词导读:5G、通讯基站、物联网、传感器、人工智能、半导体、PCBA钢网清洗机


5G的关键技术

5G作为新一代的移动通信技术,它的福德正神结构、福德正神能力和要求都与过去有很大不同,有大量技术被整合在其中。其核心技术简述如下:


(一)基于OFDM优化的波形和多址接入

5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技术,因为OFDM技术被当今的 4G LTE 和 Wi-Fi 系统广泛采用,因其可扩展至大带宽应用,而具有高频谱效率和较低的数据复杂性,能够很好地满足 5G 要求。OFDM 技术家族可实现多种增强功能,例如通过加窗或滤波增强频率本地化、在不同用户与服务间提高多路传输效率,以及创建单载波OFDM波形,实现高能效上行链路传输。


(二)实现可扩展的OFDM间隔参数配置

通过OFDM子载波之间的15kHz间隔(固定的OFDM参数配置),LTE最高可支持20 MHz的载波带宽。为了支持更丰富的频谱类型/带(为了连接尽可能丰富的设备,5G将利用所有能利用的频谱,如毫米微波、非授权频段)和部署方式。5G NR将引入可扩展的OFDM间隔参数配置。这一点至关重要,因为当FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)为更大带宽扩展尺寸时,必须保证不会增加处理的复杂性。而为了支持多种部署模式的不同信道宽度, 5G NR必须适应同一部署下不同的参数配置,在统一的框架下提高多路传输效率。另外,5G NR也能跨参数实现载波聚合,比如聚合毫米波和6GHz以下频段的载波。


(三)OFDM加窗提高多路传输效率

5G将被应用于大规模物联网,这意味着会有数十亿设备在相互连接,5G势必要提高多路传输的效率,以应对大规模物联网的挑战。为了相邻频带不相互干扰,频带内和频带外信号辐射必须尽可能小。OFDM能实现波形后处理(post-processing),如时域加窗或频域滤波,来提升频率局域化。


(四)灵活的框架设计

设计5G NR的同时,采用灵活的5G福德正神架构,进一步提高5G服务多路传输的效率。这种灵活性既体现在频域,更体现在时域上,5G NR的框架能充分满足5G的不同服务和应用场景。这包括可扩展的时间间隔(STTI,Scalable Transmission Time Interval ),自包含集成子帧(Self-contained integrated subframe)。


(五)先进的新型无线技术

5G演进的同时,LTE本身也还在不断进化(比如最近实现的千兆级4G+),5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先进技术,如载波聚合、MIMO、非共享频谱等。这包括众多成熟的通信技术:

大规模MIMO:从2×2提高到了目前4×4 MIMO。更多的天线也意味着占用更多的空间,要在空间有限的设备中容纳进更多天线显然不现实,只能在基站端叠加更多MIMO。从目前的理论来看,5G NR 可以在基站端使用最多256根天线,而通过天线的二维排布,可以实现3D波束成型,从而提高信道容量和覆盖。

毫米波:全新5G技术正首次将频率大于24GHz以上频段(通常称为毫米波)应用于移动宽带通信。大量可用的高频段频谱可提供极致数据传输速度和容量,这将重塑移动体验。但毫米波的利用并非易事,使用毫米波频段传输更容易造成路径受阻与损耗(信号衍射能力有限)。通常情况下,毫米波频段传输的信号甚至无法穿透墙体,此外,它还面临着波形和能量消耗等问题。


频谱共享:用共享频谱和非授权频谱,可将5G扩展到多个维度,实现更大容量、使用更多频谱、支持新的部署场景。这不仅将使拥有授权频谱的移动运营商受益,而且会为没有授权频谱的厂商创造机会,如有线运营商、企业和物联网垂直行业,使他们能够充分利用5G NR技术。5G NR原生地支持所有频谱类型,并通过前向兼容灵活地利用全新的频谱共享模式。


先进的信道编码设计:目前LTE福德正神的编码还不足以应对未来的数据传输需求,因此迫切需要一种更高效的信道编码设计,以提高数据传输速率,并利用更大的编码信息块契合移动宽带流量配置,同时,还要继续提高现有信道编码技术(如LTE Turbo)的性能极限。 LDPC的传输效率远超LTE Turbo,且易平行化的解码设计,能以低复杂度和低时延,扩展达到更高的传输速率。


(六)超密集异构福德正神

5G福德正神是一个超复杂的福德正神,在2G时代,几万个基站就可以做全国的福德正神覆盖,但是到了4G中国的福德正神超过500万个。而5G需要做到每平方公里支持100万个设备,这个福德正神必须非常密集,需要大量的小基站来进行支撑。同样一个福德正神中,不同的终端需要不同的速率、功耗,也会使用不同的频率,对于QoS的要求也不同。这样的情况下,福德正神很容易造成相互之间的干扰。5G福德正神需要采用一系列措施来保障系统性能:不同业务在福德正神中的实现、各种节点间的协调方案、福德正神的选择以及节能配置方法等。 


在超密集福德正神中,密集地部署使得小区边界数量剧增,小区形状也不规则,用户可能会频繁复杂地切换。为了满足移动性需求,这就需要新的切换算法。总之,一个复杂的、密集的、异构的、大容量的、多用户的福德正神,需要平衡、保持稳定、减少干扰,这需要不断完善算法来解决这些问题


(七)福德正神的自组织

自组织的福德正神是5G的重要技术,这就是福德正神部署阶段的自规划和自配置;福德正神维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增福德正神节点的配置可实现即插即用,具有低成本、安装简易等优点。自规划的目的是动态进行福德正神规划并执行,同时满足系统的容量扩展、业务监测或优化结果等方面的需求。自愈合指系统能自动检测问题、定位问题和排除故障,大大减少维护成本并避免对福德正神质量和用户体验的影响。

SON技术应用于移动通信福德正神时,其优势体现在福德正神效率和维护方面,同时减少了运营商的支出和运营成本投入。由于现有的 SON 技术都是从各自福德正神的角度出发, 自部署、自配置、自优化和自愈合等操作具有独立性和封闭性,在多福德正神之间缺乏协作。


(八)福德正神切片

就是把运营商的物理福德正神切分成多个虚拟福德正神,每个福德正神适应不同的服务需求,这可以通过时延、带宽、安全性、可靠性来划分不同的福德正神,以适应不同的场景。通过福德正神切片技术在一个独立的物理福德正神上切分出多个逻辑网络,从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络,这样可以大大节省部署的成本。

在同一个5G网络上,通过技术电信运营商会把网络切片为智能交通、无人机、智慧医疗、智能家居以及工业控制等多个不同的网络,将其开放给不同的运营者,这样一个切片的网络在带宽、可靠性能力上也有不同的保证,计费体系、管理体系也不同。在切片的网络中,各个业务提供商,不是如4G一样,都使用一样的网络、一样的服务。很多能力变得不可控。5G切片网络,可以向用户提供不一样的网络、不同的管理、不同的服务、不同的计费,让业务提供者更好地使用5G网络。


(九)内容分发网络

在5G网络中,会存在大量复杂业务,尤其是一些音频、视频业务大量出现,某些业务会出现瞬时爆炸性的增长,这会影响用户的体验与感受。这就需要对网络进行改造,让网络适应内容爆发性增长的需要。

内容分发网络是在传统网络中添加新的层次,即智能虚拟网络。CDN 系统综合考虑各节点连接状态、负载情况以及用户距离等信息,通过将相关内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上、实现用户就近获取所需的信息,使得网络拥塞状况得以缓解,缩短响应时间,提高响应速度。

源服务器只需要将内容发给各个代理服务器,便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容,降低网络时延并提高用户体验。CDN技术的优势正是为用户快速地提供信息服务,同时有助于解决网络拥塞问题。CDN技术成为5G必备的关键技术之一 。


(十)设备到设备通信

这是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。设备到设备通信(D2D)会话的数据直接在终端之间进行传输,不需要通过基站转发,而相关的控制信令,如会话的建立、维持、无线资源分配以及计费、 鉴权、识别、移动性管理等仍由蜂窝网络负责。蜂窝网络引入D2D通信,可以减轻基站负担,降低端到端的传输时延,提升频谱效率,降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏,或者在无线网络的覆盖盲区,终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。在 5G 网络中,既可以在授权频段部署D2D通信,也可在非授权频段部署。


(十一)边缘计算

在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。5G要实现低时延,如果数据都是要到云端和服务器中进行计算机和存储,再把指令发给终端,就无法实现低时延。边缘计算是要在基站上即建立计算和存储能力,在最短时间完成计算,发出指令。


(十二)软件定义网络和网络虚拟化

SDN架构的核心特点是开放性、灵活性和可编程性。它主要分为三层:基础设施层位于网络最底层,包括大量基础网络设备,该层根据控制层下发的规则处理和转发数据;中间层为控制层,该层主要负责对数据转发面的资源进行编排,控制网络拓扑、收集全局状态信息等;最上层为应用层,该层包括大量的应用服务,通过开放的北向API对网络资源进行调用。NFV作为一种新型的网络架构与构建技术, 其倡导的控制与数据分离、软件化、虚拟化思想,为突破现有网络的困境带来了希望。


5G是一个复杂的体系,在5G基础上建立的网络,不仅要提升网络速度,同时还提出了更多的要求。未来5G网络中的终端也不仅是手机,而是有汽车、无人驾驶飞机、家电、公共服务设备等多种设备。4G改变生活,5G改变社会。5G将会是社会进步、产业推动、经济发展的重要推进器。

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