5G简介【华为ICT学堂】笔记
通信行業歷經從1g-5g的發展歷程，對我們的生產生活造成了巨大的影響，未來當5g全面應用時，或許會更加顛覆我們的想象。
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關于5g通信術語的全稱以及含義，可以查看5G名號，供參考
通信標準的制定相關：
過程：
國際電信聯盟制定新系統需求→技術標準化組織制定詳細的技術標準，用來指導和約束網絡設備與終端的研發與生產→各大公司研究可行性，并向技術標準化組織提交方案→選定合適技術，制定標準（通信產業制高點）→研發對應產品→銷售至通信網絡運營公司→網絡部署
5G標準的制定：
ITU和3GPP是兩個非常的重要的國際標準化組織：
**ITU：**定義5G愿景、網絡關鍵能力指標、制定5g網絡新需求
**3GPP：**負責具體標準化工作、制定并發布技術規范和技術報告
- 1998年成立的標準化組織
- 2016年起草5G標準
- 2017年12月發布第一個5G標準化協議版本即release 15
- 2018年多次修訂完善：3GPPP定義了全新的5G空口（NR）及LTE演進（eLTE）
| Rel-15 | 聚焦于在增強型移動帶寬eMBB業務場景 | 已凍結 |
| Rel-16 | 定義mMTC和uRLLC業務場景 | 計劃于2019年底完成？ 計劃在2020實現全球商用 |
5G的首批商用主要用于eMBB 和FWA（FixedWireless Acess）業務
eg.平昌冬奧會 韓國電信公司KT用于AR（同步觀看：超微型無線攝像頭和電信模塊，提供運動員3D視角的實時畫面），VR（佩戴設備觀看冰球滑雪等項目比賽）
eg.美國2018年的Verizon 5G Home，采用FWA固定無限接入服務，保證300Mbps+（最高1Gpa）互聯網服務體驗
芬蘭運營商ELisa，UAE運營商Etisalat、意大利運營商TIm等都已小規模商用5G網絡的eMBB或EWA業務
（疑惑：所以現在是2020年12月31號，5G到底算不算規模商用？）
從1G說起
現代通信網絡的發展可以追溯到上世紀70年代，美國Bell實驗室提出“蜂窩網絡“的概念
這里涉及到了一個移動通信的知識點：需要將信息覆蓋的區域，劃分為若干個相鄰的校區，形狀類似蜂窩，以完成每個校區的無線基站對小區的信號覆蓋，實現終端和網絡的通信
- 1978年 美國Bell實驗室研制成功了全球第一個移動蜂窩電話系統——先進移動電話系統（AMPS， Advanced Mobile Phone System）
- 1983年在芝加哥正式商用并迅速在全美推廣
幾乎同一時期，歐洲等地區也建立了自有的第一代移動通信系統
1G特點：
- 基于模擬通信技術，系統容量有限
- 技能提供基礎語音服務
- 安全性較差
- 干擾大
- 終端價格昂貴（大哥大）
2G誕生
1980s后期，隨著大規模集成電路、微處理器和數字信號的應用更加成熟，移動通信技術主鍵轉向數字通信，移動通信進入了2g時代
2G主流移動通信系統：
| GSM | CDMA |
中國三大運營商
| 中國移動 | GSM |
| 中國電信 | GSM |
| 中國聯通 | CDMA |
較比1g網絡，2g時代的移動通信網絡出除提供基礎語音服務外，還可提供短消息SMS業務和低速數字服務。
3G
隨著移動數據業務的興起，21世紀初期3g逐步發展起來
較比2G’可以進行高速數據服務（由于采取了CDMA，網絡容量增大，可以較好的支持數據業務）
特點：
- 網絡容量大， 更好的支持數據業務
- 更好的支持音樂、圖片、視頻等多媒體信息業務
- 數據業務可以達到1Mbps以上的速率
- 但終端網絡兼容性差
| 中國移動 | TD-SCDMA |
| 中國電信 | CDMA 2000 |
| 中國聯通 | WCDMA |
CDMA：碼分多址技術。如果想了解詳情，請見通信原理（復習）
4G
LTE（Long Term Evolution，長期演進），由于其采用了新的網絡架構和無線技術，以OFDM(正交多任務分頻技術)為核心，使得網絡能力大大增強，能提供接近100Mbps的數據速率
4G時代，由3GPP主導的LTE技術成為統一標準，LTE后續又演進為LTE-A技術。而LTE-A通過多載波聚合等方法使得峰值速率接近1Gbps，真正的實現了類似有線接入的數據速率。
此外，移動寬帶進入大眾生活，逐步應用網絡的移動互聯功能。eg.金融支付、旅游購物，社交娛樂。
4G LTE則是TD-LTE（Time Division Long Term Evolution，也稱LTE-TDD，分時長期演進）和FDD-LTE（Frequency Division Duplexing Long Term evolution，頻分雙工長期演進）等LTE網絡制式的統稱
中國的三家運營商使用的TD-LTE網段，劃分如下
| 中國移動 | 130MHz | 1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz | |
| 中國聯通 | 40MHz | 2300-2320 MHz、2555-2575 MHz | 此外也使用FDD-LTE |
| 中國電信 | 40MHZ | 2370-2390 MHz、2635-2655 MHz | 此外也使用FDD-LTE |
其中TD-LTE是大唐的技術，自主知識產權程度化高，而FDD-LTE則更加成熟，國際上絕大多數的4G網絡都是采用FDD-LTE
5G
支撐更多行業應用，轉型成為一個端到端、全移動、全連接的生態系統。
從吞吐率，時延，連接密度等維度對5g網絡定義了新的能力要求
- 2012年起，國際電信聯盟（ITU）組織全球業界開展5G愿景和技術趨勢的研究
- 2015無限點通信全會上，ITU-R（國際電聯無線電通信部門）正式批準了推進未來5g研究進程的決議，并正式確定了5g的法定名稱“IMT-2020”
未來5G三大應用場景：
eMBB（增強移動帶寬）：10Gbps的峰值吞吐率
高速率
應用：
-
高清視頻4k→8k，分辨率提高，更佳的觀看體驗
挑戰：以4k高清視頻為例，采用H265壓縮后實際上需要網絡帶寬大概為50Mbps
-
VR：視頻流量增長，理想vR體驗需要2Gbps
為了降低成本，視頻游戲的處理放到云端，VR設備只負責視頻的渲染和視覺觸覺的還原
場景：娛樂、教育、醫療
（其實VR也對時延有要求，時延長運動感知和視覺感知有差異，會有眩暈感，ms級為佳）
-
AR：設備將虛擬和顯示結合
eg.microsoft HoloLens發布的全息眼鏡 -
3D全息投影：利用干涉及衍射原理記錄，并再現物體真實的三維圖形，無需佩戴眼鏡
eg：360°全息投影 -
MirrorSys:類似于一個超級家庭影院
當前LTE單小區的理論峰值速率為100Mbps-150Mbps，平均速率為大致30Mbps-50Mbps，當前的LTE網絡無法支撐起以上業務；
而5G采用了新的空口技術，實現理論峰值速率達到10Gbps，在LTE的基礎上提升了100倍。
mMTC （海量物聯網通信）：每平方公里100w連接數
大連接：萬事萬物互聯
應用：
-
智慧城市：通過科技技術首段，感測、分析、整合城市運行核心系統的各項關鍵信息，從而對包括民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在誒的各種需求做出智能響應；實質是利用先進技術，實現城市智慧式管理和運行。
eg. 智能j鍵控、智能路燈、智能停車 -
智慧農業：對網絡鏈接密度要求高
-車聯網：
大量的無線接入，需要網絡具備更大規模連接的能力
-智能制造
實時感知數據、采集數據、監控生產過程數據；提高工作效率，為產業升級起到橋梁作用
-
智能抄表
水表、電表、氣表將產生大量連接
當前LTE當前網絡能力可實現每平凡公里上w個接入，但這種連接能力無法支撐大規模物聯網終端的連接需求；
相比之下，5G接入網能力有100w的提升，達到100w連接/平凡公里
uRLLC（極高可靠性低時延通信）：1ms超低時延
低時延
應用：
-
自動駕駛業務:要求毫秒級網絡時延，需要未來移動網絡響應速度比4G網絡提高數十倍
需保障安全性 -
無人機
在警用、能源、物流醫療、防災都有應用
傳回高清視頻需要大帶寬；高空覆蓋；精準控制需要低時延 -
配電控制
對網絡低時延和可靠性要求極高
-
遠程手術
而當前，3G時延大致為100ms，4G為50ms。
網絡運維的挑戰
網絡運維現狀：
- 運營商收入增長正在下滑，而復雜的網絡也導致運維成本逐漸攀升：
全球通信基站份額一覽：
- 未來網絡將為多制式（GSM/UMTS/LTE/5G共存）、多頻段的網絡
華為提供：宏基站（整個區域連續覆蓋）、小基站、微基站（熱點區域、盲點區域的無縫覆蓋）全面覆蓋
- 高頻超密集組網、大規模多輸入多輸出（Massive MIMO）的引入，站點運維與優化難度增大
而Missive MIMO技術（相控陣雷達技術）則是軍用技術在民用領域的應用；現多由算法配置
網絡運維的變化：業務多樣化，管理變得更復雜
-
5G的不同業務對網絡要求的差異十分巨大：
解決方法：進行多個切片管理，云化網絡基礎設施
如何保障不同業務切片的QOS？
使用端到端網絡切片，打通邏輯上端對端的業務場景
根據具體業務場景對網絡切片做進一步的性能調優：自動化性能調優 -
云化網絡運維：
網絡分層運維挑戰；對維護人員IT能力挑戰；智能化運維挑戰解決方法：結合大數據和人工智能
帶寬資源
根據香農公式，若需要增加信號帶寬（頻譜帶寬），可以通過增強載波帶寬或者信噪比來實現
以下是各頻段表：
而5G想要擁有大帶寬，必須向高頻發展。此前使用頻段的多為中頻段至超高頻段，而超高頻和極高頻則可供給5G網絡使用。
根據已凍結的Rel-15標準，5G的總體頻譜資源可以分為兩個FR（Frequency Range）：
FR1： 是5G主頻段
在<3GHZ的部分稱為sub 3G
在3G<x<6G部分稱為C-Band
可提供多達連續200MHZ的頻譜資源
FR2： 5G擴展頻段
毫米波，有更豐富的頻譜資源
3GPP規定FR1和FR2支持不同的最大載波帶寬：
并且可以發現，5G相比4G取消了1.4\3M的載波帶寬，而保留的4G的5\10\15\20M帶寬方便LTE向5G演進
全球頻譜分布情況：
中國有：sub6G內：2.515-2.675GHZ；3.3-3.6GHZ；4.8-5.0GMHZ；共660MHZ
mmWAVE：24.75-27.5GHZ；37-42.5GHZ；共8.25GHZ
| 中國移動 | 260M | 2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz |
| 中國電信 | 100M | 3400MHz-3500MHz |
| 中國聯通 | 100M | 3500MHz-3600MHz |
Sub 3G頻段退出之后，仍然可以方便5G頻段部署：
但是，頻段越高，覆蓋效果就越差；頻段越低，覆蓋效果就越好
所以不同區域需要部署不同波段
so，5G頻譜規劃及部署和優缺點可以這樣總結
| Sub 3G | 頻段地、覆蓋性能好 | 可用頻率資源有限，大部分被當前系統占用 | 基礎覆蓋層 |
| C-Band | 頻譜資源豐富，小區帶寬大 | 上行鏈路覆蓋較差，上下行不平衡問題比較明顯 | 城區廣覆蓋 |
| 毫米波 | 小區寬帶最大 | 覆蓋能力差，對射頻器件性能要求高 | 話務熱點區域的容量補充 |
綜上，對于Sub3G頻段而言，由于現在被2/3/4G頻段占用，當該段頻譜資源重新分配后，可通過refarming技術，用于5G部署；
而對于C-Band頻段，相比sub3G更為豐富，覆蓋效果比mmwave更好，所以C波段是一個兼容額容量和覆蓋的頻段，所以稱為5G建設初期的主力頻段。
而mmWAVE頻段，擁有最豐富的頻譜資源，但覆蓋能力最差，不適合覆蓋，將聚焦于高話務場景，解決高容量需求
ps.關于ms波： 因為繞射能力弱信號覆蓋大幅縮減隨著距離增加的損耗如下:
高頻段上下行覆蓋不均衡，且頻段越高這種差異越明顯，上行發射功率遠小于發射功率，以至于用戶在小區邊緣發送的信號無法正常被基站正確接收
5G空口關鍵技術
1.針對高頻的兩種問題（HUAWEI）提出：上下行解耦的技術方案，并寫入3Gpp協議中
作為一種標準技術，一般TDD系統上下行通信都會采用相同的頻率，即上下頻點耦合
解耦：NR中基站下行使用高頻段進行通信，U上行個根據UE覆蓋情況選擇，暫時占用LTE上行的部分低頻資源進行通信，在校區邊緣位置的時候進行解耦
2. 速率提升技術：5G速率較比4G提高很多，是因為有新信道編碼技術、Massive MIMO技術
（1）. 新信道編碼技術
克服無限信道可靠性差的問題，在原始信息之外，增加一定比例的冗余比特，用于保護有用信息比特，提高信息傳遞的可靠性。
eg. Rel-15 5G eMBB場景 控制信道采用Polar碼，業務信道采用 LDPC碼（4G使用Turbo碼：誤碼率高，其它性能也不如Polor碼）
LDPC和Polor擁有很高的編碼效率（添加最少的冗余信息保護信息，保證信息的可靠發送和接收，提高信息傳送效率，進而提升用戶的峰值速率）
（2）. MAssive MIMO（大規模天線陣列）
通常有16根天線構成，而5G可有64根天線（64T64R：64發64收），天線↑，實現更靈活準確的三維立體載波載波束縛型，使更多用戶復用無限時頻資源，取得提升覆蓋能力和系統容量并降低系統干擾的一種大規模的一種大規陣列天線方案.
而 4G采用8T8R天線，Massive MIMO相比數據流低，通常只能發送兩個數據流，而64T64R的MAssiveMIMO由于波束更窄，通過空分復用下行可以達到16個數據流（也即在同一時間內，基站可以將相同的時頻資源分發給16個不同的用戶使用），從而大幅提升小區的整體容量，并且降低小區內用戶間的干擾
eg.高校、城區CBD等高話務場景非常適用
與4G對比：
| 天線 | 8T8R天線 | 64T64R天線 |
| 數據流 | 4 | 16 |
（1）. 免授權調度技術：主要用于uRLL場景（預計將在Rel-16版本中凍結）
發送調度申請
最后通過基站授權的資源塊發送給基站
將要發送的信息通過預先預留的資源塊發送給基站：減少申請和授權流程，降低空口時延
（2） D2D（Device to Device）技術：設備與設備直接通信（預計在Rel-16中版本中凍結）
eg.類比于現有的技術
但是這里所指的是通過基站分配頻譜，用于終端與終端直接互聯進行用戶而數據傳輸的一種技術
優點：傳輸距離遠（可達1km以上）、傳輸時延小（不需要基站中轉，直接互通）、
頻譜效率高（復用校區的頻譜資源，提升校區頻譜使用效率）
（3）MEC技術（移動邊緣計算）
完整的業務時延=空口傳輸時延+地面接口傳輸時延（MAX）+設備處理時延
方法： 縮短地面傳輸距離
4G網絡核心網在省會城市，而5G時代采用了分層核心網部署，在網絡不通位置，分別設施Edge DC（可設置在本地市）、Regional Dc（設置在區域中心城市） 和Core DC多級數據中心（視需求部署在全網的中心城市）
eg.低時延的車輛網服務，可以在edge DC部署核心網網關及車聯網業務服務器功能，由于
Edge DC距離接入基站只有幾公里到十幾公里，車輛終端可以通過移動網絡與業務服務器的數傳距離大幅縮短；此外部署在移動網絡邊緣的業務服務器能對流量數據進行本地卸載，從而極大地降低對傳輸網和核心網的帶寬的要求
5G新架構
一、5G網絡整體架構
物理上：無線基站和各級數據中心
移動接入網絡：無線接入網絡+承載網絡+核心網絡 完成業務傳輸控制
NGC（網絡功能虛擬化）：主要=xx 控制平面功能網元+用戶轉發平面功能網元+一些配套的核心網功能網元
5G無線接入網(NG-RAN，Next Generation Radio Access Network)的節點:
GNodeB*分別通過NG-C和NG-U接口對接核心網的控制面和用戶面,獨立組網需要使用
*由于下一代無線網絡中只有一種設備，所以5G基站簡稱GNodeB
（從前的NGC是煙囪結構、使用專用硬件（EPC IMS）成本高、資源無法共享，軟硬合一、擴容復雜、新業務周期長）
NG-eNB：向UE提供E-UTRA用戶面和控制面協議終端的節點，并且經由NG接口連接到5GC；向下兼容4G網絡，為了不同核心網而生
對于GNodeB 和 NG-eNB，詳情可見5G 無線接入網(NG-RAN) 的一些基礎概念
承載網絡：主要負責傳輸無線和核心網交互的數據
5G終端通過新的空中接口NR（ New Radio）接入5G網絡，從而實現各種業務
服務于個人消費者，也服務于各垂直行業客戶：有差異場景和需求
滿足：5G網絡各領域之間應該存在良好的隔離性；5G網絡要抑郁部署和維護，并進一步實現基于互聯網架構的自動化運營和運維，所以產生云5G移動通信網絡
二、核心網架構 NGC
特點：從前的NGC為煙囪結構、使用專用硬件（EPC IMS）成本高、資源無法共享，軟硬合一、擴容復雜、新業務周期長）
NFV網絡設備：軟件和硬件解耦，設備功能以軟件形式部署在同意通用的基礎設施上
eg.類比智能手機的底層架構都是ARM，基于該通用硬件用戶安裝不同的app
CUPS（控制面用戶面分離）
傳統的核心網控制面和用戶面未完全分離
eg.同時處里信令和用戶數據
eg.4G核心網EPC主要由MME SGW和PGW等設備構成，MME是純控制面板設備；PGW要給用戶分配IP地址（這是控制面板的功能）
eg.分離可控制面用戶面，可以將線部署到用戶更近的額、地方降低時延
將核心網用戶面網關設備下沉到各個地市的DC機房安裝
SBA(基于服務的架構)：網絡功能模塊化
每個網元只用于一種服務，不同業務選擇不同網絡功能
好處：方便功能裁剪。快速實現網絡部署
三、承載網架構-SDN（軟件定義網絡）
核心思想：控制和轉發分離；軟件應用靈活/可編，（源于PC手機領域的變革）
核心技術：網絡設備控制碼與數據面分離開，并將控制碼面集中部署到一套服務器，成為SND控制器
本質：為網絡部署一個集中的大腦，實現全局流量和整體最優（使用控制器全局調度算法），完美解決了傳統網絡路徑單一、協議復雜、缺少全局視圖的缺點
SDN網絡基于集中控制，可以簡化運維、實現網絡流量自動調度、提高網絡利用率
四、無線網架構-Cloud RAN（云化無線接入網）
Cloud RAN實時、非實時拆分、非實時部分云化，提供5G基站的非實時基帶數據處理
產品要求：
4G等：采用無線基站BBU
五、端到端切片
采用云計算技術按需定義網絡資源，快速時間基于業務的切片slicing，保證安全隔離的前提下支持各種垂直行業的應用
未來移動網絡運維特點
5G網絡特點
運營商未來將以”業務”為中心：
在5G技術成熟之后，eMBB，uRLL，mMTC將常態化
而運維將逐步邁向自動化、智能化
今后，規則清晰、確定性的工作將會自動化：工具平臺云化、斷點打通；此外，作業工序簡化、工種會進行重整。
而規則不清晰，不確定性的工作，將由“”機器輔助“（人工智能）：需進行數據標注、算法匹配及使用平臺實現
智能化的典型應用場景有：故障和性能問題的根因分析；網絡性能劣化的預測等。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的5G简介【华为ICT学堂】笔记的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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