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15G名词释义一、5G基本概念(一)5G概念第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术,外语缩写:5G(5thgeneration),也是4G之后的延伸。ITU为5G定义了eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量大连接)、URLLC(低时延高可靠)三大应用场景。增强移动宽带(eMBB)典型应用包括超高清视频、虚拟现实、增强现实等。关键的性能指标包括100Mbps用户体验速率(热点场景可达1Gbps)、数十Gbps峰值速率、每平方公里数十Tbps的流量密度、每小时500km以上的移动性等。低时延高可靠(URLLC)典型应用包括工业控制、无人机控制、智能驾驶控制等,这类场景聚焦对时延极其敏感的业务,高可靠性也是其基本要求。海量大连接(mMTC)典型应用包括智慧城市、智能家居等。这类应用对连接密度要求较高,同时呈现行业多样性和差异化。2二、相关术语(一)专有名词解释1)IMT-2020IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由工信部、发改委和科技部联合推动成立,目前至少有56家成员单位,涵盖国内移动通信领域产学研用主要力量,是推动国内5G技术研究及国际交流合作的主要平台。2)3GPPR15/R163GPP全称3rdGenerationPartnershipProject,是一个国际性通讯组织。成员包括四类:组织会员、市场代表、观察员和特邀嘉宾(Guests)。其中组织会员包括ARIB(日本电波产业协会)、ATIS(美国电信行业解决方案联盟)、CCSA(中国通信标准化协会)、ETSI(欧洲电信标准化协会)、TSDSI(印度电信标准开发协会)、TTA(韩国电信技术协会)和TTC(日本电信技术委员会)。3GPP会定期并发布新的无线通信技术标准,R15(Release15)就是第一个包括5G标准的版本。按计划5G第二阶段的R16将会在2019年第四季度完成。按照3GPP规划,5G标准分为NSA(NonStandalone非独立组网)和SA(Standalone独立组网)两种。NSA(NonStandalone非独立组网):其中NSA组网是过渡方案,主要以提升热点区域带宽为主要目标,没有独立信令面,依托4G基站和核心网工作,相对标准制定进展快些,已于2017年12月完成相关3标准化工作。SA(Standalone,独立组网):2018年6月,3GPP5G标准SA(Standalone,独立组网)方案在3GPP全会正式完成并发布,这标志着首个真正完整意义的国际5G标准正式出炉,即Release15版本。图一3GPPLogo3)NOMA(非正交多地址)由于5G频谱效率较4G提升了5~15倍,业内提出采用新型多址接入复用方式,即非正交多址接入(NOMA)。在正交多址技术(OMA)中,只能为一个用户分配单一的无线资源,按频率分割或按时间分割,而NOMA方式可将一个资源分配给多个用户。在某些场景中,比如远近效应场景和广覆盖多节点接入的场景,特别是上行密集场景,采用功率复用的非正交接入多址方式较传统的正交接入有明显的性能优势,更适合未来系统的部署。4图二NOMA非正交多址:功率叠加4)MillimeterWave(毫米波)毫米波是一种频率为30到300GHz的电磁波,频段位于微波(microwave)和红外波(infraredwave)之间。应用到5G技术的毫米波为24到100GHz的频段。毫米波的极高频率让它有着极快的传输速率,同时它的较高带宽也让运营商的频段选择更广。图三:5G频段但毫米波也不完美,其超短波长(1到10mm)让它穿透物体的能力很弱,这导致了信号衰减,这些物体包括空气、雾、云层和厚实的物体等。短波长也有优点,比如短波长使收发天线能被做到很小,小5到轻松塞进手机。小体积天线也让在有限空间内建造多天线组合系统变得更容易。5)大规模天线技术MassiveMIMO5G的一项关键性技术就是大规模天线技术,即LargescaleMIMO,亦称为MassiveMIMO。现阶段MassiveMIMO技术已经取得了突破性进展,在低频领域已有面向4.5G的商用产品发布。图四:MassiveMIMO实现示意图从两方面理解MassiveMIMO:(1)天线的数量传统的TDD网络的天线基本是2天线、4天线或8天线,而MassiveMIMO指的是通道数达到64/128/256个。(2)信号覆盖的维度6传统的MIMO我们称之为2D-MIMO,以8天线为例,实际信号在做覆盖时,只能在水平方向移动,垂直方向是不动的,信号类似一个平面发射出去,而MassiveMIMO,是信号水平维度空间基础上引入垂直维度的空域进行利用,信号的辐射状是个电磁波束。MassiveMIMO主要有如下优点:可以提供丰富的空间自由度,支持空分多址SDMABS能利用相同的时频资源为数十个移动终端提供服务提供了更多可能的到达路径,提升了信号的可靠性提升小区峰值吞吐率提升小区平均吞吐率降低了对周边基站的干扰提升小区边缘用户平均吞吐率6)超密集组网超密集组网将是满足2020年以及未来移动数据流量需求的主要技术手段。超密集组网通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署,可获得更高的频率复用效率,从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。超密集组网的典型应用场景主要包括:办公室、密集住宅、密集街区、校园、大型集会、体育场、地铁、公寓等。77)CU/DU(集中单元和分布单元)5G的基站功能重构为CU和DU两个功能实体,CU与DU功能的切分以处理内容的实时性进行区分。集中单元CU(CentralizedUnit):主要包括非实时的无线高层协议栈功能,同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署。分布单元DU(DistributedUnit):主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能。考虑节省RRU与DU之间的传输资源,部分物理层功能也可上移至RRU实现。AAU(有源天线处理单元),原BBU基带功能部分上移,以降低DU-RRU之间的传输带宽。图五:5G基站网元示意图8)5G全双工(Co-timeCo-frequencyFullDuplex,CCFD)同时同频全双工技术是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作,使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相8同的频率,突破了现有的频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式,是通信节点实现双向通信的关键之一。与现有的FDD或TDD双工方式相比,同时同频全双工技术能够将无线资源的使用效率提升近一倍,从而显著提高系统吞吐量和容量。图六:各类双工方式对比示意图9)NFV/SDN(网络功能虚拟化和软件定义网络)NFV,即网络功能虚拟化,NetworkFunctionVirtualization。通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术,来承载很多功能的软件处理。从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象,使网络设备功能不再依赖于专用硬件,资源可以充分灵活共享,实现新业务的快速开发和部署,并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。SDN,即软件定义网络,SoftwareDefinedNetwork。是Emulex网络一种新型网络创新架构,是网络虚拟化的一种实现方式,其核心9技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来,从而实现了网络流量的灵活控制,使网络作为管道变得更加智能。图七:NFV/SDN关系图10)NR新空口技术NR是“NewRadio”的简称,是一种无线设备和基站之间进行数据沟通的新标准。设备和基站之间的沟通是无线的,沟通媒介是在空气中传播的无线电,新空口(NR)就是“新型的空气中无线传播数据的接口”。NR空口协议层的总体设计基于LTE,并进行了增强和优化。用户面在分组数据汇聚协议层(PDCP)上新增服务数据应用协议层(SDAP),分组数据汇聚协议层和无线链路控制子层(RCL)功能进行了相关优化以降低时延和增强可靠性。11)无线频率10按照各频段特点,sub-6GHz(6GHz以下)频谱将兼顾覆盖与容量的需求,是峰值速率和覆盖能力两方面的理想折衷;6GHz以上频谱可以提供超大带宽和更大容量、更高速率,但是连续覆盖能力不足。图八:5G各频段覆盖对比12)5G服务化架构及能力开放5G新型核心网架构支持控制与转发分离、网络功能模块化设计、接口服务化和IT化、增强的能力开放等新特性,以满足5G网络灵活、高效、开放的发展趋势。5G核心网实现了网络功能模块化以及控制功能与转发功能的完全分离。控制面可以集中部署,对转发资源进行全局调度;用户面则可按需集中或分布式灵活部署,当用户面下沉靠近网络边缘部署时,可实现本地流量分流,支持端到端毫秒级时延。13)频谱共享为了满足5G超高流量和超高速率需求,除尽力争取更多IMT(国际移动通信,InternationalMobileTelecommunications)专用频谱广域覆盖容量覆盖容量覆盖11外,还应进一步探索新的频谱使用方式,扩展IMT的可用频谱。在5G中,频谱共享技术具备横跨不同网络或系统的最优动态频谱配置和管理功能,以及智能自主接入网络和网络间切换的自适应功能,可实现高效、动态、灵活的频谱使用,以提升空口效率、系统覆盖层次和密度等,从而提高频谱综合利用效率。14)多网络融合5G是多种接入技术融合的网络,遵循多网协同的原则,即5G和4G、WLAN等网络共同满足多场景的需求,实现室内外网络协同;同时保证现有业务的平滑过渡,不造成现网业务中断和缺失。15)多接入边缘计算(MEC)MEC通过将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移,使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署,从而一定程度解决了5G增强移动宽带、海量机器类通信、超高可靠低时延通信等技术场景的业务需求。同时MEC通过充分挖掘网络数据和信息,实现网络上下文信息的感知和分析,并开放给第三方业务应用,有效提升了网络的智能化水平,促进网络和业务的深度融合。12图九:多接入边缘计算平台16)网络切片网络切片是端到端的逻辑子网,涉及核心网络(控制平面和用户平面)、无线接入网、IP承载网和传送网,需要多领域的协同配合,不同的网络切片之间可共享资源也可以相互隔离。基于SDN/NFV技术进行网络切片进而实现通用硬件上的多用途组网,是业界的普遍共识。不同网络切片通过虚拟化技术实现对同一个物理基础设施的共享,从而使得资源利用率最大化;每一个切片的资源和功能可以通过定制化,更好的匹配业务需求;移动网络基础设施可以基于运营商规划,动态实现切片生命周期管理,灵活切分为多个业务网络;网络切片实例可以开放给第三方MVNO,从而实现运营商网络资源的多租户商业模式。图十:基于SDN/NFV的网络切片1317)5G核心网(5GCoreNetwork)5G核心网融入了SDN、NFV、云计算的核心思想,具备控制与承载分离的特征。控制面采用服务化架构,以虚拟化为最优实现方式,能够基于统一的NFVI资源池,采用虚机、虚机上的容器等方式实现云化部署、弹性扩缩容,同时有利于方便灵活地提供网络切片功能;通过用户面功能(UPF)下沉、业务应用虚拟化,实现边缘计算。用户面功能可根据性能要求和NFV转发性能提升技术的进展,基于通用硬件(x86服务器或通用转发硬件)或基于专用硬件实现。18)5G承载网络5G对承载网的需求主要包括:高速率、超低时延、高可用性、高精度同步、灵活组网、支持网络切片、智能管控与协同。5G承载网应遵循固移融合、综合承载的原则和方向,与光纤宽带网络的建设统筹考虑,在光纤光缆、机房等基础设施,以及承载设备等方面实现资源共享。基于5GRAN架构的变化,5G承载网由以下三部分构成:前传(Fronthaul:AAU-DU):传递无线侧网元设备AAU和DU间的数据;中传(Middlehaul:DU-CU):传递无线侧网元设备DU和CU间的数据;14回传(Backhaul:CU-核心网):传递无线侧网元设备CU和核心网网元间的数据。19)波束赋形技术波束赋形技术不仅能大幅度增加容量,还可大幅度提高基站定位精度,
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