今天是:   欢迎访问通信维护技术行业的门户网站!  
设为首页
加入收藏
网站地图
首页 > 通信技术 > 传输技术 >
分享到: 收藏

20大5G关键技术
2019-06-24 08:56:15   来源:   评论:0 点击:

5G网络技术主要分为三类:核心网、回传和前传网络、无线接入网。
5G网络技术主要分为三类:核心网、回传和前传网络、无线接入网。
 
核心网
 
  核心网关键技术主要包括:网络功能虚拟化(NFV)、软件定义网络(SDN)、网络切片和多接入边缘计算(MEC)。
 
1 网络功能虚拟化(NFV)
 
  NFV,就是通过IT虚拟化技术将网络功能软件化,并运行于通用硬件设备之上,以替代传统专用网络硬件设备。NFV将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上,以实现配置灵活性、可扩展性和移动性,并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。
 
  NFV要虚拟化的网络设备主要包括:交换机(比如Open vSwitch)、路由器、HLR(归属位置寄存器)、SGSN、GGSN、CGSN、RNC(无线网络控制器)、SGW(服务网关)、PGW(分组数据网络网关)、RGW(接入网关)、BRAS(宽带远程接入服务器)、CGNAT(运营商级网络地址转换器)、DPI(深度包检测)、PE路由器、MME(移动管理实体)等。
 
  NFV独立于SDN,可单独使用或与SDN结合使用。
 
2 软件定义网络(SDN)
 
  软件定义网络(SDN),是一种将网络基础设施层(也成为数据面)与控制层(也称为控制面)分离的网络设计方案。网络基础设施层与控制层通过标准接口连接,比如OpenFLow(首个用于互连数据和控制面的开放协议)。
 
  SDN将网络控制面解耦至通用硬件设备上,并通过软件化集中控制网络资源。控制层通常由SDN控制器实现,基础设施层通常被认为是交换机,SDN通过南向API(比如OpenFLow)连接SDN控制器和交换机,通过北向API连接SDN控制器和应用程序。
 
 

 
  SDN可实现集中管理,提升了设计灵活性,还可引入开源工具,具备降低CAPEX和OPEX以及激发创新的优势。
 
3 网络切片(Network Slicing)
 
  5G网络将面向不同的应用场景,比如,超高清视频、VR、大规模物联网、车联网等,不同的场景对网络的移动性、安全性、时延、可靠性,甚至是计费方式的要求是不一样的,因此,需要将一张物理网络分成多个虚拟网络,每个虚拟网络面向不同的应用场景需求。虚拟网络间是逻辑独立的,互不影响。
 
 

 
  只有实现NFV/SDN之后,才能实现网络切片,不同的切片依靠NFV和SDN通过共享的物理/虚拟资源池来创建。网络切片还包含MEC资源和功能。
 
 
 
4 多接入边缘计算(MEC)
 
  多接入边缘计算(MEC),就是位于网络边缘的、基于云的IT计算和存储环境。它使数据存储和计算能力部署于更靠近用户的边缘,从而降低了网络时延,可更好的提供低时延、高宽带应用。
  MEC可通过开放生态系统引入新应用,从而帮助运营商提供更丰富的增值服务,比如数据分析、定位服务、AR和数据缓存等。
 
前传和回传
 
5 前传和回传技术
 
  回传(Backhaul)指无线接入网连接到核心网的部分,光纤是回传网络的理想选择,但在光纤难以部署或部署成本过高的环境下,无线回传是替代方案,比如点对点微波、毫米波回传等,此外,无线mesh网络也是5G回传的一个选项,在R16里,5G无线本身将被设计为无线回传技术,即IAB(5G NR集成无线接入和回传)。
 
  前传(Fronthaul)指BBU池连接拉远RRU部分,如C-RAN章节所述。前传链路容量主要取决于无线空口速率和MIMO天线数量,4G前传链路采用CPRI(通用公共无线接口)协议,但由于5G无线速率大幅提升、MIMO天线数量成倍增加,CPRI无法满足5G时代的前传容量和时延需求,为此,标准组织正在积极研究和制定新的前传技术,包括将一些处理能力从BBU下沉到RRU单元,以减小时延和前传容量等。
 
 
无线接入网
 
  为了提升容量、频谱效率,降低时延,提升能效,以满足5G关键KPI,5G无线接入网包含的关键技术包括:C-RAN、SDR(软件定义无线电)、CR(认知无线电)、Small Cells、自组织网络、D2D通信、Massive MIMO、毫米波、高级调制和接入技术、带内全双工、载波聚合、低时延和低功耗技术等。
 
6 云无线接入网(C-RAN)
 
  云无线接入网(C-RAN),将无线接入的网络功能软件化为虚拟化功能,并部署于标准的云环境中。C-RAN概念由集中式RAN发展而来,目标是为了提升设计灵活性和计算可扩展性,提升能效和减少集成成本。在C-RAN构架下,BBU功能是虚拟化的,且集中化、池化部署,RRU与天线分布式部署,RRU通过前传网络连接BBU池, BBU池可共享资源、灵活分配处理来自各个RRU的信号。
 
  C-RAN的优势是,可以提升计算效率和能效,易于实现CoMP(协同多点传输)、多RAT、动态小区配置等更先进的联合优化方案,但C-RAN的挑战是前传网络设计和部署的复杂性。
 
7 软件定义无线电(SDR)
 
  软件定义无线电(SDR),可实现部分或全部物理层功能在软件中定义。需要注意软件定义无线电和软件控制无线电的区别,后者仅指物理层功能由软件控制。
 
  在SDR中可实现调制、解调、滤波、信道增益和频率选择等一些传统的物理层功能,这些软件计算可在通用芯片、GPU、DSP、FPGA和其他专用处理芯片上完成。
 
8 认知无线电(CR)
 
  认知无线电(CR),通过了解无线内部和外部环境状态实时做出行为决策。SDR被认为是CR的使能技术,但CR包括和可使能多种技术应用,比如动态频谱接入、自组织网络、认知无线电抗干扰系统、认知网关、认知路由、实时频谱管理、协作MIMO等。
 
9 Small Cells
 
  Small Cells,就是小基站(小小区),相较于传统宏基站,Small Cells的发射功率更低,覆盖范围更小,通常覆盖10米到几百米的范围,通常Small Cells根据覆盖范围的大小依次分为微蜂窝、Picocell和家庭Femtocell。
 
  Small Cells的使命是不断补充宏站的覆盖盲点和容量,以更低成本的方式提高网络服务质量。考虑5G无线频段越来越高,未来还将部署5G毫米波频段,无线信号频段更高,覆盖范围越小,加之未来多场景下的用户流量需求不断攀升,后5G时代必将部署大量Small Cells,这些Small Cells将与宏站组成超级密集的混合异构(HetNet)网络,这将为网络管理、频率干扰等带来空前的复杂性挑战。
 
10 自组织网络(SON)
 
  自组织网络(SON),指可自动协调相邻小区、自动配置和自优化的网络,以减少网络干扰,提升网络运行效率。
 
  SON并不是新鲜概念,早在3G时代就提出,但进入5G时代,SON将是一项至关重要的技术。如上所述,5G时代网络致密化给网络干扰和管理提出了空前的复杂性挑战,更需要SON来最小化网络干扰和管理,但即便是SON恐怕也难以应付超级密集的5G网络,因此,还需要上文提到的CR(认知无线电)技术来帮忙。
 
11 设备到设备通信(D2D)
 
  设备到设备通信(D2D),指数据传输不通过基站,而是允许一个移动终端设备与另一个移动终端设备直接通信。D2D源于4G时代,被称为LTE Proximity Services (ProSe)技术,是一种基于3GPP通信系统的近距离通信技术,主要包括两大功能:
•Direct discovery,直连发现功能,终端发现周围有可以直连的终端;
•Direct communication,直连通信,与周围的终端进行数据交互。
 
  在4G时代D2D通信主要仅应用于公共安全领域,进入5G时代,由于车联网、自动驾驶、可穿戴设备等物联网应用将大量兴起,D2D通信的应用范围必将大大扩展,但会面临安全性和资源分配公平性挑战。
 
13 Massive MIMO
 
  要提升无线网速,主要的办法之一是采用多天线技术,即在基站和终端侧采用多个天线,组成MIMO系统。MIMO系统被描述为M×N,其中M是发射天线的数量,N是接收天线的数量(比如4×2 MIMO)。
 
  如果MIMO系统仅用于增加一个用户的速率,即占用相同时频资源的多个并行的数据流发给同一个用户,称之为单用户MIMO(SU-MIMO);如果MIMO系统用于多个用户,多个终端同时使用相同的时频资源进行传输,称之为多用户MIMO(MU-MIMO),MU-MIMO可大幅提升频谱效率。
 
  多天线还应用于波束赋形技术,即通过调整每个天线的幅度和相位,赋予天线辐射图特定的形状和方向,使无线信号能量集中于更窄的波束上,并实现方向可控,从而增强覆盖范围和减少干扰。
 
  Massive MIMO就是采用更大规模数量的天线,目前5G主要采用的64x64 MIMO。Massive MIMO可提升大幅无线容量和覆盖范围,但面临信道估计准确性(尤其是高速移动场景)、多终端同步、功耗和信号处理的计算复杂性等挑战。
 
14 毫米波(mmWave)
 
  毫米波(mmWave),指RF频率在30GHz和300GHz之间的无线电波,波长范围从1mm到10mm。5G与2/3/4G最大的区别之一是引入了毫米波。毫米波的缺点是传播损耗大,穿透能力弱,毫米波的优点是带宽大、速率高,Massive MIMO天线体积小,因此适合Small Cells、室内、固定无线和回传等场景部署。
 
15 波形和多址接入技术
 
  4G时代采用OFDM技术,OFDM具有减少小区间干扰、抗多径干扰、可降低发射机和接收机的实现复杂度,以及与多天线MIMO技术兼容等优点。但到了5G时代,由于定义了增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器类型通信(mMTC)和超可靠低延迟通信(uRLLC)三大应用场景,这些场景不但要考虑抗多径干扰、与MIMO的兼容性等问题,还对频谱效率、系统吞吐量、延迟、可靠性、可同时接入的终端数量、信令开销、实现复杂度等提出了新的要求。为此,5G R15使用了CP-OFDM波形并能适配灵活可变的参数集,以灵活支持不同的子载波间隔,复用不同等级和时延的5G业务。对于5G mMTC场景,由于正交多址(OMA)可能无法满足其所需的连接密度,非正交多址(NOMA)方案成为广泛讨论的对象。
 
16 带内全双工(IBFD)
 
  带内全双工(IBFD),可能是5G时代最希望得到突破的技术之一。不管是FDD还是TDD都不是全双工,因为都不能实现在同一频率信道下同时进行发射和接收信号,而带内全双工则可以在相同的频段中实现同时发送和接收,这与半双工方案相比可以将传输速率提高两倍。
 
  不过,带内全双工会带来强大的自干扰,要实现这一技术关键是要消除自干扰,但值得一提的是,自干扰消除技术在不断进步,最新的一些研究和实验结果已让业界看到了希望,但最大的挑战是实现复杂度和成本太高。
 
17 载波聚合和双连接技术
 
  载波聚合(CA),通过组合多个独立的载波信道来提升带宽,来实现提升数据速率和容量。载波聚合分为带内连续、带内非连续和带间不连续三种组合方式,实现复杂度依次增加。
 
  载波聚合已在4G LTE中采用,并且将成为5G的关键技术之一。5G物理层可支持聚合多达16个载波,以实现更高速传输。
 
  双连接(DC),就是手机在连接态下可同时使用至少两个不同基站的无线资源(分为主站和从站)。双连接引入了”分流承载“的概念,即在PDCP层将数据分流到两个基站,主站用户面的PDCP层负责PDU编号、主从站之间的数据分流和聚合等功能。
 
  双连接不同于载波聚合,主要表现在数据分流和聚合所在的层不一样。
 
  未来,4G与5G将长期共存,4G无线接入网与5G NR的双连接(EN-DC)、5G NR与4G无线接入网的双连接(NE-DC)、5G核心网下的4G无线接入网与5G NR的双连接(NGEN-DC)、5G NR与5G NR的双连接等不同的双连接形式将在5G网络演进中长期存在。
 
18 低时延技术
 
  为了满足5G URLLC场景,比如自动驾驶、远程控制等应用,低时延是5G关键技术之一。为了降低网络数据包传输时延,5G主要从无线空口和有线回传两方面来实现。在无线空口侧,5G主要通过缩短TTI时长、增强调度算法等来减低空口时延;在有线回传方面,通过MEC部署,使数据和计算更接近用户侧,从而减少网络回传带来的物理时延。
 
19 低功耗广域网络技术(LPWA)
 
  mMTC是5G的一大场景,5G的目标是万物互联,考虑未来物联网设备数量指数级增长,LPWA(低功耗广域网络)技术在5G时代至关重要。
 
  一些LPWA(低功耗广域网络)技术正在广泛部署,比如LTE-M(也称为CAT-M1)、NB-IoT(CAT-NB1)、Lora、Sigfox等,功耗低、覆盖广、成本低和连接数量大,是这些技术共有的特点,但这些技术特点之间本身是相互矛盾的:一方面,我们通过降低功耗的办法,比如让物联网终端发送完数据后就进入休眠状态,比如缩小覆盖范围,来延长电池寿命(通常几年到10年);另一方面,我们又不得不增加每bit的传输功率和降低数据速率来增强覆盖范围,因此,根据不同的应用场景权衡利弊,在这些矛盾中寻求最佳的平衡点,是LPWA技术的长期课题。
 
  在4G时代已定义了NB-IoT和LTE-M两大蜂窝物联网技术,NB-IoT和LTE-M将继续从4G R13、R14一路演进到5G R15、R16、R17,它们属于未来5G mMTC场景,是5G万物互联的重要组成部分。
 
20 卫星通信
 
  卫星通信接入已被纳入5G标准。与2/3/4G网络相比,5G是“网络的网络”,卫星通信将整合到5G构架中,以实现由卫星、地面无线和其他电信基础设施组成天地一体的无缝互联网络,未来5G流量将根据带宽、时延、网络环境和应用需求等在无缝互联的网络中动态流动。

相关热词搜索:5G 关键技术

上一篇:PTN专线业务故障案例
下一篇:最后一页