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常识遍及!20大5G要害技能

5G网络技能首要分为三类:中心网、回传和前传网络、接入网。

作者:通讯来历:网优雇佣军|2019-06-20 08:22

5G网络技能首要分为三类:中心网、回传和前传网络、接入网。

中心网

中心网要害技能首要包含:网络功用(NFV)、软件界说网络(SDN)、网络切片和多接入边际核算(MEC)。

1 网络功用(NFV)

NFV,便是经过IT技能将网络功用软件化,并运转于通用硬件设备之上,以代替传统专用网络硬件设备。NFV将网络功用以虚拟机的方法运转于通用硬件设备或白盒之上,以完结装备灵敏性、可扩展性和移动性,并以此期望下降网络CAPEX和OPEX。

NFV要的网络设备首要包含:交流机(比方Open vSwitch)、LadBrokes网址、HLR(归属方位寄存器)、SGSN、GGSN、CGSN、RNC(网络操控器)、SGW(服务网关)、PGW(分组数据网络网关)、RGW(接入网关)、BRAS(宽带长途接入服务器)、CGNAT(运营商级网络地址转换器)、DPI(深度包检测)、PELadBrokes网址、MME(移动办理实体)等。

NFV独立于SDN,可独自运用或与SDN结合运用。

2 软件界说网络(SDN)

软件界说网络(SDN),是一种将网络根底设施层(也成为数据面)与操控层(也称为操控面)别离的网络规划计划。网络根底设施层与操控层经过规范接口衔接,比方OpenFLow(首个用于互连数据和操控面的敞开协议)。

SDN将网络操控面解耦至通用硬件设备上,并经过软件化会集操控网络资源。操控层一般由SDN操控器完结,根底设施层一般被认为是交流机,SDN经过南向API(比方OpenFLow)衔接SDN操控器和交流机,经过北向API衔接SDN操控器和运用程序。

SDN可完结会集办理,进步了规划灵敏性,还可引进开源东西,具有下降CAPEX和OPEX以及激起立异的优势。

3 网络切片(Network Slicing)

5G网络将面向不同的运用场景,比方,超高清视频、VR、大规划物联网、车联网等,不同的场景对网络的移动性、安全性、时延、牢靠性,乃至是计费方法的要求是不一样的,因而,需求将一张物理网络分红多个虚拟网络,每个虚拟网络面向不同的运用场景需求。虚拟网络间是逻辑独立的,互不影响。

只要完结NFV/SDN之后,才干完结网络切片,不同的切片依托NFV和SDN经过同享的物理/虚拟来创立。网络切片还包含MEC资源和功用。

4 多接入边际核算(MEC)

多接入边际核算(MEC),便是坐落网络边际的、依据云的IT核算和存储环境。它使数据存储和核算才能布置于更挨近用户的边际,然后下降了网络时延,可更好的供给低时延、高宽带运用。

MEC可经过敞开生态体系引进新运用,然后协助运营商供给更丰厚的增值服务,比方数据剖析、定位服务、AR和数据缓存等。

前传和回传

5 前传和回传技能

回传(Backhaul)指接入网衔接到中心网的部分,光纤是回传网络的抱负挑选,但在光纤难以布置或布置本钱过高的环境下,回传是代替计划,比方点对点微波、毫米波回传等,此外,mesh网络也是5G回传的一个选项,在R16里,5G自身将被规划为回传技能,即IAB(5G NR集成接入和回传)。

前传(Fronthaul)指BBU池衔接拉远RRU部分,如C-RAN章节所述。前传链路容量首要取决于空口速率和MIMO天线数量,4G前传链路选用CPRI(通用公共接口)协议,但由于5G速率大幅进步、MIMO天线数量成倍添加,CPRI无法满意5G年代的前传容量和时延需求,为此,规范安排正在活跃研讨和拟定新的前传技能,包含将一些处理才能从BBU下沉到RRU单元,以减小时延和前传容量等。

接入网

为了进步容量、频谱功率,下降时延,进步能效,以满意5G要害KPI,5G接入网包含的要害技能包含:C-RAN、SDR(软件界说电)、CR(认知电)、Small Cells、自安排网络、D2D通讯、Massive MIMO、毫米波、高档调制和接入技能、带内全双工、载波聚合、低时延和低功耗技能等。

6 云接入网(C-RAN)

云接入网(C-RAN),将接入的网络功用软件化为功用,并布置于规范的云环境中。C-RAN概念由会集式RAN开展而来,方针是为了进步规划灵敏性和核算可扩展性,进步能效和削减集本钱钱。在C-RAN构架下,BBU功用是的,且会集化、池化布置,RRU与天线分布式布置,RRU经过前传网络衔接BBU池, BBU池可同享资源、灵敏分配处理来自各个RRU的信号。

C-RAN的优势是,能够进步核算功率和能效,易于完结CoMP(协同多点传输)、多RAT、动态小区装备等更先进的联合优化计划,但C-RAN的应战是前传网络规划和布置的复杂性。

7 软件界说电(SDR)

软件界说电(SDR),可完结部分或悉数物理层功用在软件中界说。需求留意软件界说电和软件操控电的差异,后者仅指物理层功用由软件操控。

在SDR中可完结调制、解调、滤波、信道增益和频率挑选等一些传统的物理层功用,这些软件核算可在通用芯片、GPU、DSP、FPGA和其他专用处理芯片上完结。

8 认知电(CR)

认知电(CR),经过了解内部和外部环境状况实时做出行为决议计划。SDR被认为是CR的使能技能,但CR包含和可使能多种技能运用,比方动态频谱接入、自安排网络、认知电抗搅扰体系、认知网关、认知路由、实时频谱办理、协作MIMO等。

9 Small Cells

Small Cells,便是小基站(小小区),相较于传统宏基站,Small Cells的发射功率更低,掩盖规划更小,一般掩盖10米到几百米的规划,一般Small Cells依据掩盖规划的巨细顺次分为微蜂窝、Picocell和家庭Femtocell。

Small Cells的任务是不断弥补宏站的掩盖盲点和容量,以更低本钱的方法进步网络服务质量。考虑5G频段越来越高,未来还将布置5G毫米波频段,信号频段更高,掩盖规划越小,加之未来多场景下的用户流量需求不断攀升,后5G年代必将布置很多Small Cells,这些Small Cells将与宏站组成超级密布的混合异构(HetNet)网络,这将为网络办理、频率搅扰等带来空前的复杂性应战。

10 自安排网络(SON)

自安排网络(SON),指可主动和谐相邻小区、主动装备和自优化的网络,以削减网络搅扰,进步网络运转功率。

SON并不是新鲜概念,早在3G年代就提出,但进入5G年代,SON将是一项至关重要的技能。如上所述,5G年代网络细密化给网络搅扰和办理提出了空前的复杂性应战,更需求SON来最小化网络搅扰和办理,但即便是SON恐怕也难以敷衍超级密布的5G网络,因而,还需求上文说到的CR(认知电)技能来帮助。

11 设备到设备通讯(D2D)

设备到设备通讯(D2D),指数据传输不经过基站,而是答应一个移动终端设备与另一个移动终端设备直接通讯。D2D源于4G年代,被称为LTE Proximity Services (ProSe)技能,是一种依据3GPP通讯体系的近距离通讯技能,首要包含两大功用:

?Direct discovery,直连发现功用,终端发现周围有能够直连的终端;

?Direct communication,直连通讯,与周围的终端进行数据交互。

在4G年代D2D通讯首要仅运用于公共安全范畴,进入5G年代,由于车联网、主动驾驶、可穿戴设备等物联网运用将很多鼓起,D2D通讯的运用规划必将大大扩展,但会面对安全性和资源分配公平性应战。

13 Massive MIMO

要进步网速,首要的方法之一是选用多天线技能,即在基站和终端侧选用多个天线,组成MIMO体系。MIMO体系被描绘为M×N,其间M是发射天线的数量,N是接纳天线的数量(比方4×2 MIMO)。

假如MIMO体系仅用于添加一个用户的速率,即占用相一起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);假如MIMO体系用于多个用户,多个终端一起运用相同的时频资源进行传输,称之为多用户MIMO(MU-MIMO),MU-MIMO可大幅进步频谱功率。

多天线还运用于波束赋形技能,即经过调整每个天线的起伏和相位,赋予天线辐射图特定的形状和方向,使信号能量会集于更窄的波束上,并完结方向可控,然后增强掩盖规划和削减搅扰。

Massive MIMO便是选用更大规划数量的天线,现在5G首要选用的64x64 MIMO。Massive MIMO可进步大幅容量和掩盖规划,但面对信道估量准确性(尤其是高速移动场景)、多终端同步、功耗和信号处理的核算复杂性等应战。

14 毫米波(mmWave)

毫米波(mmWave),指RF频率在30GHz和300GHz之间的电波,波长规划从1mm到10mm。5G与2/3/4G最大的差异之一是引进了毫米波。毫米波的缺陷是传达损耗大,穿透才能弱,毫米波的长处是带广大、速率高,Massive MIMO天线体积小,因而合适Small Cells、室内、固定和回传等场景布置。

15 波形和多址接入技能

4G年代选用OFDM技能,OFDM具有削减小区间搅扰、抗多径搅扰、可下降发射机和接纳机的完结复杂度,以及与多天线MIMO技能兼容等长处。但到了5G年代,由于界说了增强型移动宽带(eMBB)、大规划机器类型通讯(mMTC)和超牢靠低推迟通讯(uRLLC)三大运用场景,这些场景不但要考虑抗多径搅扰、与MIMO的兼容性等问题,还对频谱功率、体系吞吐量、推迟、牢靠性、可一起接入的终端数量、信令开支、完结复杂度等提出了新的要求。为此,5G R15运用了CP-OFDM波形并能适配灵敏可变的参数集,以灵敏支撑不同的子载波距离,复用不同等级和时延的5G事务。关于5G mMTC场景,由于正交多址(OMA)或许无法满意其所需的衔接密度,非正交多址(NOMA)计划成为广泛评论的方针。

16 带内全双工(IBFD)

带内全双工(IBFD),或许是5G年代最期望得到打破的技能之一。不管是FDD仍是TDD都不是全双工,由于都不能完结在同一频率信道下一起进行发射和接纳信号,而带内全双工则能够在相同的频段中完结一起发送和接纳,这与半双工计划比较能够将传输速率进步两倍。

不过,带内全双工会带来强壮的自搅扰,要完结这一技能要害是要消除自搅扰,但值得一提的是,自搅扰消除技能在不断进步,最新的一些研讨和试验成果已让业界看到了期望,但最大的应战是完结复杂度和本钱太高。

17 载波聚合和双衔接技能

载波聚合(CA),经过组合多个独立的载波信道来进步带宽,来完结进步数据速率和容量。载波聚合分为带内接连、带内非接连和带间不接连三种组合方法,完结复杂度顺次添加。

载波聚合已在4G LTE中选用,而且将成为5G的要害技能之一。5G物理层可支撑聚合多达16个载波,以完结更高速传输。

双衔接(DC),便是手机在衔接态下可一起运用至少两个不同基站的资源(分为主站和从站)。双衔接引进了”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层担任PDU编号、主从站之间的数据分流和聚合等功用。

双衔接不同于载波聚合,首要体现在数据分流和聚合地点的层不一样。

未来,4G与5G将长时间共存,4G接入网与5G NR的双衔接(EN-DC)、5G NR与4G接入网的双衔接(NE-DC)、5G中心网下的4G接入网与5G NR的双衔接(NGEN-DC)、5G NR与5G NR的双衔接等不同的双衔接方法将在5G网络演进中长时间存在。

18 低时延技能

为了满意5G URLLC场景,比方主动驾驶、长途操控等运用,低时延是5G要害技能之一。为了下降网络数据包传输时延,5G首要从空口和有线回传两方面来完结。在空口侧,5G首要经过缩短TTI时长、增强调度算法等来减低空口时延;在有线回传方面,经过MEC布置,使数据和核算更挨近用户侧,然后削减网络回传带来的物理时延。

19 低功耗广域网络技能(LPWA)

mMTC是5G的一大场景,5G的方针是万物互联,考虑未来物联网设备数量指数级添加,LPWA(低功耗广域网络)技能在5G年代至关重要。

一些LPWA(低功耗广域网络)技能正在广泛布置,比方LTE-M(也称为CAT-M1)、NB-IoT(CAT-NB1)、Lora、Sigfox等,功耗低、掩盖广、本钱低和衔接数量大,是这些技能共有的特色,但这些技能特色之间自身是彼此对立的:一方面,咱们经过下降功耗的方法,比方让物联网终端发送完数据后就进入休眠状况,比方缩小掩盖规划,来延伸电池寿数(一般几年到10年);另一方面,咱们又不得不添加每bit的传输功率和下降数据速率来增强掩盖规划,因而,依据不同的运用场景权衡利弊,在这些对立中寻求最佳的平衡点,是LPWA技能的长时间课题。

在4G年代已界说了NB-IoT和LTE-M两大蜂窝物联网技能,NB-IoT和LTE-M将持续从4G R13、R14一路演进到5G R15、R16、R17,它们归于未来5G mMTC场景,是5G万物互联的重要组成部分。

20 卫星通讯

卫星通讯接入已被归入5G规范。与2/3/4G网络比较,5G是“网络的网络”,卫星通讯将整合到5G构架中,以完结由卫星、地上和其他电信根底设施组成六合一体的无缝互联网络,未来5G流量将依据带宽、时延、网络环境和运用需求等在无缝互联的网络中动态活动。

【修改引荐】

  1. 我国处于5G研制榜首阵营 已开端着手研讨6G开展
  2. 全球 5G 比赛,谁是终究的受益者?
  3. 5G年代降临 别让“软实力”阻止了开展
  4. MWC19上海 | 锐捷与运营商职业共创5G国际
  5. IDC时评:我国5G还有哪些绊脚石?
【责任修改:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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