5G通信系統及關鍵技術

一、什么是5G？

      5G（the fifth generation,第五代移動通信系統）是移動無線技術的下一個重要發展。ITU（International Telecommunication Union，國際電信聯盟）在2015年正式將5G的法定名稱確定為“IMT-2020”，并提出了5G的相關性能要求。廣域覆蓋場景可以獲得100Mbit／s的用戶體驗數據速率，頻譜效率將比4G 提高三倍，能耗不高于現在部署的4G網絡能耗，實現1ms的空中下載延遲，在高速鐵路場景下支持高達500km／h的移動性，同時確保服務質量可以接受，支持高達106／km2的連接密度。

二、5G的三大應用場景？

    增強型移動寬帶（eMBB）、大規模物聯網（mMTC）和超高可靠低時延通信（uRLLC）。

      eMBB主要有兩個應用場景：熱點地區和廣域覆蓋。熱點地區用戶密度大、移動速度低、業務量大、用戶的傳輸速率高；廣域覆蓋為無隙覆蓋、中到高移動性、數據傳輸速率低于熱點地區。

      mMTC要求有海量設備同時接入網絡，設備傳輸的數據以上行為主，每臺設備的數據量很小，應用于物聯網、智慧城市等。

      uRLLC要求可靠性高、時延低。應用于自動駕駛、遠程醫療等。

三、5G國內外發展現狀？

    國外，5G標準主要是由ITU和全球移動通信標準化組織3GPP（Third Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）共同完成。3GPP負責標準的制定，ITU負責標準的測試和發布。

    國內，2019年6月6日工信部正式向中國移動、中國電信、中國聯通和中國廣播電視網絡有限公司發布5G牌照，中國進入5G商用元年。

四、5G關鍵技術？

   ①massive MIMO（massive Multiple-Input Multiple-Output，大規模天線技術）使得基站擁有的天線數量是現在4G MIMO的1-2個數量級以上，而服務的終端數目遠少于基站的天線數目。這樣基站可以利用相同的時頻資源同時服務多個終端，從而增強了基站同時接收和發送多路信號的能力，提高了頻譜利用率和系統容量。

    ②物理層關鍵技術—F-OFDM（Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，子帶濾波的正交頻分復用）由華為公司提出，是一種可以滿足5G需求的多載波調制技術。

    4G的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用技術)通過子載波間相互正交并引入CP (Cyclic Prefix，循環前綴)來解決碼間串擾問題。但它的主要問題就是不夠靈活，OFDM中所有業務均為同樣的時頻配置。時域上一個無線幀長度固定為10ms，一個子幀長度固定為1ms，一個子幀固定包含2個時隙，每個時隙長度固定為0.5ms；頻域上每個子載波的帶寬固定為15kHz。

    5G的子載波長度可以靈活配置，能為不同的業務提供不同的子載波間隔，以滿足不同的業務需求。

此外，F-OFDM不同帶寬的子載波之間本身不再具備正交特性，需要引入保護帶寬，會浪費帶寬。但F-OFDM通過優化濾波器的設計大大降低了帶外泄露，不同子帶之間的保護帶開銷可以降至 1％左右，大大提升了頻譜的利用效率，帶寬利用率高達97％。

     ③切片技術是將一個物理網絡切割成多個虛擬網絡，每個網絡切片從無線接入網到承載網再到核心網在邏輯上都是獨立的。當某一個切片發生故障時，將不會影響到其他切片的正常運行。

    ④MEC(Mobile Edge Computing，移動邊緣計算)技術能夠為無線接入網提供IT和云計算能力，使得終端產生的數據在本地進行及時處理，不必上傳到核心網。這樣可以節約網絡回傳帶寬資源，緩解核心網的數據壓力，避免了核心網資源的進一步投資。此外，基于無線接入網的IT和云計算能力，可以將原來部署在Internet或者遠端云計算中的業務下沉至匯聚層或接入層，更加靠近終端用戶，從而有效降低網絡端到端時延。

     5G作為新一代移動通信技術，將會再一次改變人們的生活方式。隨著5G技術的不斷發展成熟，5G會深度融合到各行各業，未來無人駕駛、遠程醫療、智慧城市等都將變成現實。