5G通信系统及关键技术

一、什么是5G？

      5G（the fifth generation,第五代移动通信系统）是移动无线技术的下一个重要发展。ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）在2015年正式将5G的法定名称确定为“IMT-2020”，并提出了5G的相关性能要求。广域覆盖场景可以获得100Mbit／s的用户体验数据速率，频谱效率将比4G 提高三倍，能耗不高于现在部署的4G网络能耗，实现1ms的空中下载延迟，在高速铁路场景下支持高达500km／h的移动性，同时确保服务质量可以接受，支持高达106／km2的连接密度。

二、5G的三大应用场景？

    增强型移动宽带（eMBB）、大规模物联网（mMTC）和超高可靠低时延通信（uRLLC）。

      eMBB主要有两个应用场景：热点地区和广域覆盖。热点地区用户密度大、移动速度低、业务量大、用户的传输速率高；广域覆盖为无隙覆盖、中到高移动性、数据传输速率低于热点地区。

      mMTC要求有海量设备同时接入网络，设备传输的数据以上行为主，每台设备的数据量很小，应用于物联网、智慧城市等。

      uRLLC要求可靠性高、时延低。应用于自动驾驶、远程医疗等。

三、5G国内外发展现状？

    国外，5G标准主要是由ITU和全球移动通信标准化组织3GPP（Third Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）共同完成。3GPP负责标准的制定，ITU负责标准的测试和发布。

    国内，2019年6月6日工信部正式向中国移动、中国电信、中国联通和中国广播电视网络有限公司发布5G牌照，中国进入5G商用元年。

四、5G关键技术？

   ①massive MIMO（massive Multiple-Input Multiple-Output，大规模天线技术）使得基站拥有的天线数量是现在4G MIMO的1-2个数量级以上，而服务的终端数目远少于基站的天线数目。这样基站可以利用相同的时频资源同时服务多个终端，从而增强了基站同时接收和发送多路信号的能力，提高了频谱利用率和系统容量。

    ②物理层关键技术—F-OFDM（Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，子带滤波的正交频分复用）由华为公司提出，是一种可以满足5G需求的多载波调制技术。

    4G的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)通过子载波间相互正交并引入CP (Cyclic Prefix，循环前缀)来解决码间串扰问题。但它的主要问题就是不够灵活，OFDM中所有业务均为同样的时频配置。时域上一个无线帧长度固定为10ms，一个子帧长度固定为1ms，一个子帧固定包含2个时隙，每个时隙长度固定为0.5ms；频域上每个子载波的带宽固定为15kHz。

    5G的子载波长度可以灵活配置，能为不同的业务提供不同的子载波间隔，以满足不同的业务需求。

此外，F-OFDM不同带宽的子载波之间本身不再具备正交特性，需要引入保护带宽，会浪费带宽。但F-OFDM通过优化滤波器的设计大大降低了带外泄露，不同子带之间的保护带开销可以降至 1％左右，大大提升了频谱的利用效率，带宽利用率高达97％。

     ③切片技术是将一个物理网络切割成多个虚拟网络，每个网络切片从无线接入网到承载网再到核心网在逻辑上都是独立的。当某一个切片发生故障时，将不会影响到其他切片的正常运行。

    ④MEC(Mobile Edge Computing，移动边缘计算)技术能够为无线接入网提供IT和云计算能力，使得终端产生的数据在本地进行及时处理，不必上传到核心网。这样可以节约网络回传带宽资源，缓解核心网的数据压力，避免了核心网资源的进一步投资。此外，基于无线接入网的IT和云计算能力，可以将原来部署在Internet或者远端云计算中的业务下沉至汇聚层或接入层，更加靠近终端用户，从而有效降低网络端到端时延。

     5G作为新一代移动通信技术，将会再一次改变人们的生活方式。随着5G技术的不断发展成熟，5G会深度融合到各行各业，未来无人驾驶、远程医疗、智慧城市等都将变成现实。