5G通信關(guān)鍵技術(shù)

5g的關(guān)鍵技術(shù)有哪些?

基于OFDM優(yōu)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術(shù)，因?yàn)镺FDM技術(shù)被當(dāng)今的 4G LTE 和 Wi-Fi 系統(tǒng)廣泛采用，因其可擴(kuò)展至大帶寬應(yīng)用，而具有高頻譜效率和較低的數(shù)據(jù)復(fù)雜性，能夠很好地滿足 5G 要求。OFDM 技術(shù)家族可實(shí)現(xiàn)多種增強(qiáng)功能，例如通過加窗或?yàn)V波增強(qiáng)頻率本地化、在不同用戶與服務(wù)間提高多路傳輸效率，以及創(chuàng)建單載波OFDM波形，實(shí)現(xiàn)高能效上行鏈路傳輸。

實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的OFDM間隔參數(shù)配置

通過OFDM子載波之間的15kHz間隔(固定的OFDM參數(shù)配置)，LTE最高可支持20 MHz的載波帶寬。為了支持更豐富的頻譜類型/帶(為了連接盡可能豐富的設(shè)備，5G將利用所有能利用的頻譜，如毫米微波、非授權(quán)頻段)和部署方式。5G NR將引入可擴(kuò)展的OFDM間隔參數(shù)配置。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)楫?dāng)FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換)為更大帶寬擴(kuò)展尺寸時(shí)，必須保證不會(huì)增加處理的復(fù)雜性。而為了支持多種部署模式的不同信道寬度， 5G NR必須適應(yīng)同一部署下不同的參數(shù)配置，在統(tǒng)一的框架下提高多路傳輸效率。另外，5G NR也能跨參數(shù)實(shí)現(xiàn)載波聚合，比如聚合毫米波和6GHz以下頻段的載波。

OFDM加窗提高多路傳輸效率

5G將被應(yīng)用于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，這意味著會(huì)有數(shù)十億設(shè)備在相互連接，5G勢必要提高多路傳輸?shù)男?，以?yīng)對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)。為了相鄰頻帶不相互干擾，頻帶內(nèi)和頻帶外信號(hào)輻射必須盡可能小。OFDM能實(shí)現(xiàn)波形后處理(post-processing)，如時(shí)域加窗或頻域?yàn)V波，來提升頻率局域化。

靈活的框架設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)5G NR的同時(shí)，采用靈活的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進(jìn)一步提高5G服務(wù)多路傳輸?shù)男省＿@種靈活性既體現(xiàn)在頻域，更體現(xiàn)在時(shí)域上，5G NR的框架能充分滿足5G的不同服務(wù)和應(yīng)用場景。這包括可擴(kuò)展的時(shí)間間隔(STTI，Scalable Transmission Time Interval )，自包含集成子幀(Self-contained integrated subframe)。

先進(jìn)的新型無線技術(shù)

5G演進(jìn)的同時(shí)，LTE本身也還在不斷進(jìn)化(比如最近實(shí)現(xiàn)的千兆級(jí)4G+)，5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先進(jìn)技術(shù)，如載波聚合、MIMO、非共享頻譜等。這包括眾多成熟的通信技術(shù)：

大規(guī)模MIMO：從2×2提高到了目前4×4 MIMO。更多的天線也意味著占用更多的空間，要在空間有限的設(shè)備中容納進(jìn)更多天線顯然不現(xiàn)實(shí)，只能在基站端疊加更多MIMO。從目前的理論來看，5G NR 可以在基站端使用最多256根天線，而通過天線的二維排布，可以實(shí)現(xiàn)3D波束成型，從而提高信道容量和覆蓋。

毫米波：全新5G技術(shù)正首次將頻率大于24GHz以上頻段(通常稱為毫米波)應(yīng)用于移動(dòng)寬帶通信。大量可用的高頻段頻譜可提供極致數(shù)據(jù)傳輸速度和容量，這將重塑移動(dòng)體驗(yàn)。但毫米波的利用并非易事，使用毫米波頻段傳輸更容易造成路徑受阻與損耗(信號(hào)衍射能力有限)。通常情況下，毫米波頻段傳輸?shù)男盘?hào)甚至無法穿透墻體，此外，它還面臨著波形和能量消耗等問題。

頻譜共享：用共享頻譜和非授權(quán)頻譜，可將5G擴(kuò)展到多個(gè)維度，實(shí)現(xiàn)更大容量、使用更多頻譜、支持新的部署場景。這不僅將使擁有授權(quán)頻譜的移動(dòng)運(yùn)營商受益，而且會(huì)為沒有授權(quán)頻譜的廠商創(chuàng)造機(jī)會(huì)，如有線運(yùn)營商、企業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)，使他們能夠充分利用5G NR技術(shù)。5G NR原生地支持所有頻譜類型，并通過前向兼容靈活地利用全新的頻譜共享模式。

先進(jìn)的信道編碼設(shè)計(jì)：目前LTE網(wǎng)絡(luò)的編碼還不足以應(yīng)對未來的數(shù)據(jù)傳輸需求，因此迫切需要一種更高效的信道編碼設(shè)計(jì)，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并利用更大的編碼信息塊契合移動(dòng)寬帶流量配置，同時(shí)，還要繼續(xù)提高現(xiàn)有信道編碼技術(shù)(如LTE Turbo)的性能極限。 LDPC的傳輸效率遠(yuǎn)超LTE Turbo，且易平行化的解碼設(shè)計(jì)，能以低復(fù)雜度和低時(shí)延，擴(kuò)展達(dá)到更高的傳輸速率。

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)超復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，在2G時(shí)代，幾萬個(gè)基站就可以做全國的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但是到了4G中國的網(wǎng)絡(luò)超過500萬個(gè)。而5G需要做到每平方公里支持100萬個(gè)設(shè)備，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須非常密集，需要大量的小基站來進(jìn)行支撐。同樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，不同的終端需要不同的速率、功耗，也會(huì)使用不同的頻率，對于QoS的要求也不同。這樣的情況下，網(wǎng)絡(luò)很容易造成相互之間的干擾。5G網(wǎng)絡(luò)需要采用一系列措施來保障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)、各種節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)方案、網(wǎng)絡(luò)的選擇以及節(jié)能配置方法等。

在超密集網(wǎng)絡(luò)中，密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增，小區(qū)形狀也不規(guī)則，用戶可能會(huì)頻繁復(fù)雜地切換。為了滿足移動(dòng)性需求，這就需要新的切換算法。

總之，一個(gè)復(fù)雜的、密集的、異構(gòu)的、大容量的、多用戶的網(wǎng)絡(luò)，需要平衡、保持穩(wěn)定、減少干擾，這需要不斷完善算法來解決這些問題。

網(wǎng)絡(luò)的自組織

自組織的網(wǎng)絡(luò)是5G的重要技術(shù)，這就是網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃和自配置;網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置即新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置可實(shí)現(xiàn)即插即用，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點(diǎn)。自規(guī)劃的目的是動(dòng)態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，同時(shí)滿足系統(tǒng)的容量擴(kuò)展、業(yè)務(wù)監(jiān)測或優(yōu)化結(jié)果等方面的需求。自愈合指系統(tǒng)能自動(dòng)檢測問題、定位問題和排除故障，大大減少維護(hù)成本并避免對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)的影響。

SON技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其優(yōu)勢體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)效率和維護(hù)方面，同時(shí)減少了運(yùn)營商的支出和運(yùn)營成本投入。由于現(xiàn)有的 SON 技術(shù)都是從各自網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)， 自部署、自配置、自優(yōu)化和自愈合等操作具有獨(dú)立性和封閉性，在多網(wǎng)絡(luò)之間缺乏協(xié)作。

網(wǎng)絡(luò)切片

就是把運(yùn)營商的物理網(wǎng)絡(luò)切分成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同的服務(wù)需求，這可以通過時(shí)延、帶寬、安全性、可靠性來劃分不同的網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)不同的場景。通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，從而避免了為每一個(gè)服務(wù)建設(shè)一個(gè)專用的物理網(wǎng)絡(luò)，這樣可以大大節(jié)省部署的成本。

在同一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)上，通過技術(shù)電信運(yùn)營商會(huì)把網(wǎng)絡(luò)切片為智能交通、無人機(jī)、智慧醫(yī)療、智能家居以及工業(yè)控制等多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，將其開放給不同的運(yùn)營者，這樣一個(gè)切片的網(wǎng)絡(luò)在帶寬、可靠性能力上也有不同的保證，計(jì)費(fèi)體系、管理體系也不同。在切片的網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)業(yè)務(wù)提供商，不是如4G一樣，都使用一樣的網(wǎng)絡(luò)、一樣的服務(wù)。很多能力變得不可控。5G切片網(wǎng)絡(luò)，可以向用戶提供不一樣的網(wǎng)絡(luò)、不同的管理、不同的服務(wù)、不同的計(jì)費(fèi)，讓業(yè)務(wù)提供者更好地使用5G網(wǎng)絡(luò)。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

在5G網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)存在大量復(fù)雜業(yè)務(wù)，尤其是一些音頻、視頻業(yè)務(wù)大量出現(xiàn)，某些業(yè)務(wù)會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)爆炸性的增長，這會(huì)影響用戶的體驗(yàn)與感受。這就需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，讓網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)內(nèi)容爆發(fā)性增長的需要。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的層次，即智能虛擬網(wǎng)絡(luò)。CDN 系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)、負(fù)載情況以及用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務(wù)器上、實(shí)現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高響應(yīng)速度。

源服務(wù)器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個(gè)代理服務(wù)器，便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務(wù)器上獲取內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延并提高用戶體驗(yàn)。CDN技術(shù)的優(yōu)勢正是為用戶快速地提供信息服務(wù)，同時(shí)有助于解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。CDN技術(shù)成為5G必備的關(guān)鍵技術(shù)之一 。

設(shè)備到設(shè)備通信

這是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)。設(shè)備到設(shè)備通信(D2D)會(huì)話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進(jìn)行傳輸，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，而相關(guān)的控制信令，如會(huì)話的建立、維持、無線資源分配以及計(jì)費(fèi)、 鑒權(quán)、識(shí)別、移動(dòng)性管理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入D2D通信，可以減輕基站負(fù)擔(dān)，降低端到端的傳輸時(shí)延，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率。當(dāng)無線通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞，或者在無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)，終端可借助D2D實(shí)現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。在 5G 網(wǎng)絡(luò)中，既可以在授權(quán)頻段部署D2D通信，也可在非授權(quán)頻段部署。

邊緣計(jì)算

在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺(tái)，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求。5G要實(shí)現(xiàn)低時(shí)延，如果數(shù)據(jù)都是要到云端和服務(wù)器中進(jìn)行計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)，再把指令發(fā)給終端，就無法實(shí)現(xiàn)低時(shí)延。邊緣計(jì)算是要在基站上即建立計(jì)算和存儲(chǔ)能力，在最短時(shí)間完成計(jì)算，發(fā)出指令。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化

SDN架構(gòu)的核心特點(diǎn)是開放性、靈活性和可編程性。它主要分為三層：基礎(chǔ)設(shè)施層位于網(wǎng)絡(luò)最底層，包括大量基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，該層根據(jù)控制層下發(fā)的規(guī)則處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);中間層為控制層，該層主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的資源進(jìn)行編排，控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、收集全局狀態(tài)信息等;最上層為應(yīng)用層，該層包括大量的應(yīng)用服務(wù)，通過開放的北向API對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)用。NFV作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與構(gòu)建技術(shù)， 其倡導(dǎo)的控制與數(shù)據(jù)分離、軟件化、虛擬化思想，為突破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的困境帶來了希望。

5G是一個(gè)復(fù)雜的體系，在5G基礎(chǔ)上建立的網(wǎng)絡(luò)，不僅要提升網(wǎng)絡(luò)速度，同時(shí)還提出了更多的要求。未來5G網(wǎng)絡(luò)中的終端也不僅是手機(jī)，而是有汽車、無人駕駛飛機(jī)、家電、公共服務(wù)設(shè)備等多種設(shè)備。4G改變生活，5G改變社會(huì)。5G將會(huì)是社會(huì)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)推動(dòng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推進(jìn)器。

以上就是5g的關(guān)鍵技術(shù)有哪些的簡單介紹，希望對大家有所幫助。