物聯網技術的未來之星:5G技術

物聯網技術的未來之星:5G技術

第一代移動通信技術誕生於1978年,採用模擬式通信系統方式,主要特徵是語音功能,但無法上網。

第二代移動通信技術誕生於20世紀90年代初,採用數字調試的通信系統方式,可以上網,網速可達9.6 kbit/s,是手機上網時代的開端。

第三代移動通信技術(3G)誕生於21世紀初,採用多媒體通信系統方式,上網速度為384kHz~2MHz,是真正移動互聯的開端。

2010年是海外主流運營商規模建設第四代移動通信技術(4G)的元年,網速可達100 Mbit/s,是無線寬帶時代的標誌。

第五代移動通信技術是以大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構為關鍵技術,以“ Gbit/s用戶體驗速率”為關鍵性能指標的新一代移動通信技術。第五代移動通信技術的關鍵性能指標包括用戶體驗速率(bit/s)、連接數密度(km2)、端到端延時(ms)移動性(km/h)、用戶峰值速率(bit/s)以及流量密度(bit/s-km2)。所以,第五代移動通信技術不僅僅意味著更快的連接速度,還意味著更好的用戶體驗以及更多的可能性。

鑑於5G廣闊的發展前景,世界各國均將5G作為優先發展的戰路,加快5G的研發、部署和應用。歐盟於2016年7月發佈《歐盟5G宣言促進歐洲及時部署第五代移動通信網絡》,將發展第五代移動通信技術作為構建“單一數字市場”的關鍵舉措。英國於2017年3月發佈《下ー代移動技術:英國5G戰略》。美國於2017年12月公佈了新版《美國國家安全戰略報告》,該報告將5G網絡列為國家安全重要任務之一。韓國在發佈的5G國家戰略中提出擬投人1.6萬億韓元(約合14.3億美元)佈局5G技術,並且第五代移動通信技術已經於2018年2月亮相平昌冬奧會,併為用戶提供沉浸式5G體驗服務,包括同步觀賽、互動時間切片、360度VR直播等。

我國在2016年12月15日發佈的《“十三五”國家信息化規劃)中多次提到5G,並提出2018年開展5G網絡技術研發和測試工作,2020年完成5G技術研發測試並商用部署。2018年3月,在《政府工作報告》中專門提及“第五代移動通信”對加強制造強國的重要性。我國的科技企業在5G技術研發上已經走在了世界前列,如中興通訊公司每年投人入30億元在5G標準的制定、產品研發和商用驗證等工作中。

華為技術有限公司(以下簡稱華為)在2009年就聘用了全球300多位頂尖科學家致力5G的研究:2013年,投資6億美元用於5G標準研究;2017年,投資40億元人民幣推動5G產品化:2018年,投入50億元人民幣進行5G端到端商用產品化。在3 GPP RAN第187次會議的5G短碼方案討論中,華為推薦的Polar Code方案得到一致認可,並且該方案成為5G控制信道增強型移動寬帶(eMBB)場景編碼的最終解決方案。

物聯網技術的未來之星:5G技術

移動網絡自20世紀80年代推出以來一直在不斷髮展,大約每10年就會有一次大的技術轉移,用於新一代移動網絡。前兩代移動網絡最初的重點是移動電話.首先基於模擬傳輸,後來基於數字傳輸。3G和4G移動網絡時代已經為廣大的移動設備引入並建立了移動寬帶連接。預計2020年左右推出的5G,將拓寬移動寬帶和以消費者為中心的服務。

國際電信聯盟(IU)已經為5G的發展定義了一個框架。在國際電信聯盟,5G是在國際移動電信2020(IMT-2020)這個術語下提出的。這個標準的確定基於對移動網絡流量增長的評估,以及社會趨勢和新技術的發展。IMT-2020的目標使用場景比早期的移動網絡時代要寬泛得多。在5G之前,移動通信的重點一直是以人為中心的通信,從電話到移動寬帶服務,給用戶提供多媒體和數據服務。5G技術的發展將加強移動寬帶使用的發展,特別是為了迎合強大的移動寬帶業務增長,以及適應新的服務項目的數據傳輸需求,如3D視頗或虛擬現實。這種使用場景下使用的標準被稱為增型移動寬帶。另外,新的以機器為中心的通信服務也同樣被定義為5G的特定使用場,稱為MTC。大規模MTC(mMTC)通常應用於簡單和有許多傳感器設備的通信,傳輸少量不是延遲敏感的數據。相比之下,cMTC解決了對延退、數據速率、可靠性和可用性有嚴格要求的以機器為中心的通信。具體應用包括工業製造和生產,全自動智能運輸系統和自動駕駛車輛,自動化能源網絡等。cMTC也被稱為超可靠和低延遲通信

( URLLC)。

物聯網技術的未來之星:5G技術

5G的關鍵技術主要可以歸納為無線技術和網絡技術兩個方面。其中無線技術主要為滿足大規模天線陣列、超密集組網、新型多址和全頻接入等技術的應用需求,網絡技術主要為滿足基於軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)的新型網絡架構的應用需求。

在5G無線關鍵技術方面,大規模天線陣列將數倍提升多用戶系統的頻譜效率,對滿足5G系統容量與速率需求起到重要的支撐作用;超密集組網可實現頻率複用效率的巨大提升,在局部熱點區域可實現百倍量級的容量提升;新型多址技術可實現多種場景下系統頻譜效率和接入能力的顯著提升;全頻譜接人可提升數據傳輸速率和系統容量。

在5G網絡關鍵技術方面,基於軟件定義網絡和網絡功能虛擬化的新型網絡架構已取得廣泛共識。5G網絡將是基於SDN、NFV和雲計算技術的網絡系統,這樣的網絡系統更加靈活、智能、高效和開放。

對於5G的發展,國際電信聯盟已經為5G發展設定了一個時間安排。到2017年中期的第一個時期結束時,對IMT-2020的技術要求進行了規定。

隨後是開發5G解決方案的時間段,這些解決方案將作為IM2020提案提交給國際電信聯盟,並根據IMT-2020的要求對其進行評估。從2019年年底開始,國際電信聯盟批准的IMT-2020規範在各個設備生產商的支持下就應能夠實現5G系統的全面市場部署。

3GPP採用了與國際電信聯盟相匹配的時間計劃。在2015年年底3GPP已經開始研究開發6GHz以上的無線網絡的信道模型並定義5G要求。在3GPP第14版本中、5G新無線電(NR)空中接口的研究項目已經結束,為NR範定義了Releasa15工作項目。3GPP第15版本提議將提供NR規範的第一的段,該規範將在3GPP第16版本提議的第二階段進行擴展,是基於対第15版本中NR增強的研究。NR第二階段實現的主要功能同樣也會在自我估之後提交給國際電信聯盟進行審議。

同時3GPP將継進一步演進LTE以滿足5G要求。在之後部署的過程中,最初階段無論是在6GHz以上還是在6GHz以下的新頻段,預計NR將主要分配給5G的新譜。從長遠來看,NR還將遷移到早期移動網絡標準使用的運營商。通過長期演進LTE,5G能力可以引人LTE已經具備運營能力的運營商。

一般來說,3GPP中定義的要求比國際電信聯盟中定義的要求更嚴格。可以看出,mMTC的要求很大程度上與蜂窩式物聯網的要求相對應。重點在於低數據速率的擴護展覆蓋範圍、更長的設備電池壽命、消息延遲以及更多的設備可擴展性。另外,對 URLL

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C的要求,重點在於非常低的延遲和高可靠性。


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