《5G无线网络规划部署》课件-项目6：5G增强与前沿技术

低时延技术空口时延基础知识单向时延：单向延迟指的是信息从发送方传到接收方的所花费的时间。空口时延基础知识双向时延：双向延迟（RoundTripTime,RTT），指的是信息从发送方到达接收方，加上接受方发信息给发送方所花费的总时间。双向延迟在工程中更加常见，因为我们可以只在信息发送方或者接收方的其中一方就可以测量到双向延迟（利用ping等工具）。空口时延基础知识LTE上行时延：上行时间延迟(从手机到基站)：当手机有一个数据包需要发送到网络侧，需要向网络侧发起无线资源请求的申请(Schedulingrequest,SR)，告诉基站我有数据要发啦!基站接收到请求后，需要3毫秒时间解码用户发送的调度请求，然后准备给用户调度的资源，准备好了之后，给用户发送信息(Grant)，告诉用户在某个时间某个频率上去发送他想要发送的数据。用户收到了调度信息之后，需要3毫秒时间解码调度的信息，并将数据发送给基站。基站收到用户发送的信息之后需要3毫秒的时间解码数据信息，完成数据的传送工作。整个时间计算下来是12.5ms。空口时延基础知识LTE下行时延：下行时间延迟(从基站到手机)：当基站有一个数据包需要发送到终端，需要3毫秒时间解码用户发送的调度请求，然后准备给用户调度的资源，准备好了之后，给用户发送信息，告诉用户在某个时间某个频率上去接受他的数据。用户收到了调度信息之后，需要3毫秒时间解码调度的信息并接收解码数据信息，完成数据的传送工作。整个时间计算下来是7.5ms。空口时延基础知识网络时延的组成：LTE网络空中接口的用户面网络延迟主要由以下及部分组成：资源调度请求和指派，传输时间间隔终端和基站的数据包以及信令处理时间，接受方发信息给发送方所花费的时间。经过研究，终端和基站的数据包的处理时间根据数据包的大小时间不同，这块时延很难大幅度改善，主要的提升方向放在了三部分：资源调度请求和指派(Grantacquisition)，传输时间间隔和接受方发信息给发送方所花费的时间。资源调度请求和指派原理：4G系统中，UE要发送数据给网络，需要先向基站发起调度申请，然后基站给UE发送调度授权，最后UE才能把数据放到相应的资源块上发送给网络。5G系统中，针对uRLLC低时延场景，定义了免调度技术，终端如果有数据要发送给网络，可以不用向网络申请，直接发送，因而免除了调度时延。时隙调度LTE调度TTI一个无线帧长度为10ms；每个无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；LTE调度TTI为1ms时隙调度NR调度TTI一个无线帧长度为10ms；每个无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；NR调度为slot，1/32毫秒~1毫秒，取决于子载波带宽。自包含时隙典型静态时隙配比上下时隙行配比主要由上下行业务及覆盖决定，建议全网配比一致或根据运营商的业务策略、建网要求等因素确定。典型配比：自包含时隙原理在NR的slot结构中，有两种特殊的Slot结构，我们称之为自包含时隙，其设计目标是为了缩短上下行数传的RTT时延，分别包含以下两种场景：低时延技术总结时延的定义分析LTE上下行时延资源预调度原理调度TTI自包含时隙Redcap问题引入设备选择：作为公司采购，小明最近接到了采购一批摄像头的任务，但在摄像头类型的选择上犯了难。4G摄像头价格低，但画质低，卡顿较为严重，但好的一点是价格低。而画质清晰又不卡顿的5G摄像头，价格又超出了预算。这该怎么办?问题引入设备选择：正是基于这种需求，第三种选择--RedCap摄像头。关键技术RedCap：RedCap全称5GNRReducedCapability，又称5GNR-Light，是轻量化的5G技术。它的出现补齐了5G在中速率(20Mbps~100Mbp)的缺失。关键技术RedCap出现的驱动力：随着5G的不断商用，人们发现，三大应用场景，仍不能完全满足需求，出现了“盲区”。现阶段，5G在各行各业的应用落地，进入爬坡期。看似热火朝天，但实际上阻力很大。其中，最大的阻力之一，就是5G终端芯片和模组的高昂成本。5G终端芯片和模组，设计极为复杂，研发门槛极高，投入成本巨大。它们的价格，也一直居高不下。价格下不来，用户当然就不愿意买。长此以往5G谈何发展?大部分的行业应用场景，其实对速率等指标，并没有很高的要求。5G现有的能力，已经超出了场景的需求。于是，行业就提出，是不是可以重新做一下成本与性能的平衡，适当牺牲一点指标，降低一些要求，然后，降低一点成本?RedCap应运而生。关键技术RedCap：在确保应用需求和性能的前提下，RedCap可以通过削减设备的能力，降低终端的复杂度，从而降低成本和功耗，适应更多领域的现实需求。原始5G提供了极高的数据传输速度和容量，但是这种高性能需要极高的能耗和成本来支撑。对于一些设备来说，并不需要这样高的性能。例如现如今广泛使用的设备监控、工业无线传感器和智能穿戴等。这些设备的功能并不像VR、无人驾驶等那么复杂，原始5G就显得有点“大材小用“。关键技术RedCapVS5G：如果说原始5G是一款“豪华超跑””，那么RedCap就可以看作是“经济适用型汽车”。“豪华超跑”速度快，性能高，但同时油耗大，维护成本高。而“经济实用型汽车”虽然速度和性能不如“豪华超跑”，但它油耗低维护成本低，完全可以满足日常通勤的需求。关键技术原理：无线、承载通过减少终端带宽、减少收发天线数、降低调制阶数等，降低了RedCap终端的成本和功耗，从而具备了一定的价格优势。关键技术RedCap应用：RedCap摄像头兼顾了画质、传播时延、价格三个方面，达到了节约成本、降低功耗、缩小设备尺寸和延长使用寿命等目的，无疑成为当下的性价比之王。关键技术RedCap应用：基础型的智能手表，用来显示通知、基础健康追踪、实时位置更新、基础通信和一些简单的应用程序。而RedCap技术就已经可以满足这些功能需求同时由于节电技术的应用和配置的简化，还能延长续航里程，降低购买价格。关键技术RedCap应用：基于RedCap的远程灌溉系统：基本的数据传输功能足以处理灌溉系统所需的数据，如土壤湿度监测、基本天气信息等。而低功耗特性使其可以在野外长时间运行，无需频繁维护，同时也降低了使用成本。Redcap总结：现实问题引入Redcap定义Redcap原理及关键技术Redcap适用场景通感算一体化背景技术背景：说到通信，我们最容易想到的，就是通过基站和手机之间相互收发无线信号，我们就能上网、打电话，刷微博，和这个世界紧密相连。所谓感知，顾名思义，就是通过某些手段来探测周边环境的状态，如位置、方向、高度、速度、距离等，还可以判断物体的形状，甚至人的动作手势。这就不得不让人想到了雷达。雷达的基本原理，就是发出无线电信号，然后通过探测和分析接收到的反射信号来进行高精度的感知工作。所谓算力，算力是计算机设备或计算/数据中心处理信息的能力，是计算机硬件和软件配合共同执行某种计算需求的能力。背景技术背景：通信和感知——看似跨界的两个领域，其实有很多共同点：都需要使用无线电频谱资源。都需要使用硬件设备，比如天线、放大器、滤波器等。都需要进行类似的信息处理，比如编码、调制、解调、解码等。当前通信系统，网络架构复杂，硬件支撑规模庞大，是否可以通过算力的加持实现既能通信又能感知的智能融合系统呢？基站和雷达，能否来一场深度合作？通感算一体化技术应运而生概念通感算一体化概念：通感算一体化正是这种新型的信息处理模式，它将通信、感知和算力三个领域紧密结合在一起。通：就是通信，负责数据传输感：就是感知，相当于传感器，负责收集数据算：就是算力，相当于计算机，负责数据计算通信网络仿佛是神经，算力系统如同大脑，感知相当于感官，三者深度打通，通信网络仿佛变成了一个自智化、价值化的系统。关键技术通感算一体化概念：将通信、感知、算力等多种能力融合，赋予了通信网络类似于雷达的探测、追踪和感知效能，从而开启了一个全新的信息交互时代。通感算一体化是5.5G乃至6G阶段的重要应用场景，被视为低空经济发展的核心技术支撑，不仅将形塑未来网络的新格局，更在低空领域开辟出一条蓬勃发展的创新之路。关键技术通感算一体化原理：5G-A通感算一体化技术基于电磁波反射原理，利用回波时间差、多普勒效应及反射波束解析，计算出运动物体的距离、速度和位置等状态参数，进而主动完成目标测距、测速、测角、成像、目标检测、目标跟踪和识别。应用场景低空安防：通感算一体化基站成功实现对“5G-A”、“五角星”等复杂轨迹的精准追踪，并实时反馈多架以不同轨迹、高度和速度飞行的无人机的经纬度、高度、速度、距离等关键飞行数据，有效满足低空安防精准感知需求。应用场景智慧交通：智慧车联网中的车辆行人感知，包括车辆入侵检测、行人入侵检测、自动驾驶等。利用通信基站站点高、覆盖广的特点，实时、大范围、感知车道流量和车速信息，同时检测行人或动物道路入侵，有效实施道路监管，保障交通安全和提升交通效率。应用场景智慧医疗：通信感知一体化系统在实现高速通信的同时，还可以有效地实现健康监测和管理。现有技术已经实现了利用通信信号实现人体的呼吸和心跳的监测。当发现呼吸和心率异常时，预警信息通过通信链路实时回传给用户，实现实时监测功能。太赫兹成像和光谱检查也丰富了医疗保健领域的未来发展前景。太赫兹可以进行癌变组织、龋齿的检测，以及对汗液、眼泪、唾液、外周血和组织液的监测，未来基于太赫兹的通感一体化系统，可以随时随地监控健康状态，让一切病症无所遁形。通感算一体化总结：技术背景介绍通感算一体化定义通感算一体化原理通感算一体化应用场景6G展望基本概念定义：6G(第六代无线技术)是5G蜂窝技术后继者。6G网络将能够使用比5G网络更高频率，并提供更高容量和更低延迟。6G网络目标之一是支持1微秒甚至亚微秒延迟通信。基本概念定义：预计6G通信将支持五个应用场景：安全增强型移动宽带Plus(eMBB-Plus)，大通信(BigCom)，超可靠低延迟通信(SURLLC)，三维集成通信(3D-InteCom)和非常规数据通信(UCDC)基本概念定义：预计6G通信将支持五个应用场景：安全增强型移动宽带Plus(eMBB-Plus)，大通信(BigCom)，超可靠低延迟通信(SURLLC)，三维集成通信(3D-InteCom)和非常规数据通信(UCDC)6G网络将致力于打造一个集地面通信、卫星通信、海洋通信于一体的全连接通信世界，沙漠、无人区、海洋等盲区，6G移动通信有望实现信号覆盖6G将会被应用于空间通信、智能交互、触觉互联网、情感和触觉交流、多感官混合现实、机器间协同、全自动交通等领域6G发展发展历程：从第一代(1G)到第二代(2G)，语音通话是主要的通信方式，简单的电子邮件成为可能。从第三代(3G)开始，数据通信和多媒体信息(如照片、音乐和视频)可以通过移动设备进行通信。从第四代(4G)开始，由于采用了LTE技术，超过100Mbps的高速通信技术使智能手机得到了爆炸性的普及，目前已达到接近最高1Gbps的通信速度。第五代(5G)网络的数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，网络延迟低于1毫秒。第六代(6G)有望支持1TB/s的速度。这种级别的容量和延迟将是空前的，它将扩展5G应用的性能，并扩展功能范围，以支持无线认知，感测和成像领域中越来越多的创新应用。6G关键技术太赫兹概念：太赫兹波是指频谱在0.1～10THz之间的电磁波，波长为30至3000微米。频谱介于微波与远红外光之间，在其低波段与毫米波相邻，而在其高波段与红外光相邻，位于宏观电子学与微观光子学的过渡区域。太赫兹作为一个介于微波与光波之间的全新频段尚未被完全开发，太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高等优势，是未来移动通信中极具优势的宽带无线接入（Tb/s级通信）技术。正是因为其特殊性，让其具有频率高、脉冲短、穿透性强，且能量很小，对物质与人体的破坏较小等特质。太赫兹波以其独有的特性，使太赫兹通信比微波和无线光通信拥有许多优势，决定了太赫兹波在高速短距离宽带无线通信、宽带无线安全接入、空间通信等方面均有广阔的应用前景，但同时面临着多方面的挑战。6G关键技术太赫兹特性：太赫兹技术，在光学领域有一个近年来为大众所熟知的名字——远红外线。太赫兹波能够对物质进行无损的探测，因为太赫兹技术主要利用了太赫兹波的信息获取和信息处理能力,能够穿透非极性分子材料和非金属复合材料，同时对分子振动、转动能级有光谱分辨能力。太赫兹波可以通过吸收谱、穿透谱、反射谱等方式来探测物质，并把得到的信号转化成数字信号进行后续处理和分析，以达到对物质进行检测和识别的目的。太赫兹波具有以下特性：载波频率高、带宽大，通信容量大；穿透性好、雷达成像分辨率高；光子能量低、安全性好，可无损检测；覆盖多数物质的特征谱，又被称为指纹谱。6G关键技术太赫兹应用场景：外太空空间通信：太赫兹空间通信兼具激光通信和微波通信的优点。太赫兹通信相对光通信波束更宽，接收端容易对准，量子噪声较低；与微波波段相比，天线系统可以实现小型化、平面化,更适合卫星空间通信，可用于构建卫星之间、星地之间及局域网的宽带移动高速信息网络。军事通信：大容量近距离军事保密通信可采用太赫兹通信技术。高频段的太赫兹波在空中传播时极易被水分吸收，信号衰减严重，传输距离短；且比微波波束更窄，带宽宽，具有更强的抗