《5G移动通信技术》课件 项目一-任务三-学习5G系统概述

《5G移动通信技术》《5G移动通信技术》项目一初识5G网络的过去、现在、将来任务三学习5G系统概述回顾知识点15G标准化组织及标准化活动回顾引入5G系统相比以往技术优势巨大,那么体现再哪儿呢？现在我们来学习5G通信的概述。任务描述:本任务主要介绍学习5G网络的基础概念了解5G网络的各类性能指标等基础概念。为后面章节5G无线网的学习打下基础。任务教学目标：熟悉5G系统概念，要求，主要性能指标，关键能力，业务特点等。任务概要教学内容5G系统概念5G的要求与主要性能指标5G的关键能力5G的应用5G用例简介一二三四五5G业务类型及特点六5G系统概念知识点一因为5G系统要求十分广泛，过去几代技术采用的通用型方法并不适用于5G,因此,这里提出的5G概念概括了主要的应用特性和要求，并把技术元素混合到4个赋能工具支持的3个5G通信服务中。也就是5G的三个一般服务/四个赋能工具5G系统概念（一）5G系统概念（一）5G系统概念（1）极限移动宽带（xMBB)提供极高的数据速率和低时延通信，以及极端的覆盖能力。

xMBB提供覆盖范围内一致的用户体验，当用户数增加时性能将会适当下降。xMBB支持可靠通信服务。（2）海量机器类通信（mMTC)为数以百亿计的网络设备提供无线连接。相对于数据速率，随着连接设备数增长，连接的可扩展性、高效小数据量发送以及广阔区域和深度覆盖被置于优先位置。（3）超可靠机器类通信（uMTC)提供超可靠低时延通信连接的网络服务。要求包括极高的可用性、极低的时延和可靠性。例如，V2X通信。可靠性和低时延优先于对数据速率的要求。三个一般服务eMBB

视频/语音/互联网/视频电话20Mbps速率的4K高清体验@公路/铁路/村落/郊区/偏远地区

eMBB:热点与高速率监控、传感器、智慧城市低功耗、低成本100万连接每平方公里mMTC:低功耗、高连接密度URLLC:低时延和高可靠性mMTCuRLLCeMBB:无缝广域覆盖FTP/下载/超高清3D视频/VR/AR100Mbps体验速率，峰值速率超过1Gbps@热点/室内/咖啡厅/办公室/体育场车联网、工业控制、远程医疗1ms时延@人工智能接近100%的可靠性（一）5G系统概念支持三大应用场景的四个赋能工具：动态无线接入网络（DyRAN)：提供无线接入网络（RAN)从而适应用户需求和5G业务组合的时空变化。极简系统控制面（LSCP)：提供新的极简控制信令，确保时延和可靠性，支持频谱的灵活性，允许数据面和控制面分离，支持大量多种具有不同能力的终端，并确保高能效性能；四个赋能工具动态无线接入网络极简系统控制面内容本地化和数据流频谱工具箱（一）5G系统概念支持三大应用场景的四个赋能工具：内容本地化和数据流：允许实时和缓冲内容的分流、汇聚和分发。这些操作的本地化降低了时延和回传的负载，同时提供汇聚功能，如传感器信息的本地汇聚；频谱工具箱：提供了一套解决方案，允许5G—般服务可在不同的管理框架、频谱使用/共享的条件下在不同频段部署。四个赋能工具动态无线接入网络极简系统控制面内容本地化和数据流频谱工具箱（一）5G系统概念动态无线接入网络（DyRAN)传统的宏蜂窝网络需要提供广域覆盖；超密集网络和游牧节点提升本地容量；在较高频段，波束赋形可以用于广域覆盖和SINR提升；D2D通信即适用于接入，也适用于回传。尽管如此，每一个技术各自都无法适应随着时间和位置变化的容量、覆盖、时延需求的变化。动态无线接入（DyRAN)以动态的方式集成了所有元素，成为多无线接入技术环境。DyRAN紧密地与系统架构相关联，并且根据网络节点的服务能力和计算能力，支持不同的网络功能分布。阴影代表激活状态，反之代表未激活不同技术适用范围不一样

5G系统的控制信令必须重新设计来容纳三个典型5G服务要求，实现必要的频谱灵活性和能耗性能。极简的系统控制面（LSCP)的作用如下：提供公共系统接入；提供特定业务信令；支持控制面（C-平面）和用户面（U-平面）分离；不同频谱和不同站间距离资源集成（特别是对于xMBB业务)；确保能耗性能；最后，LSCP必须具有足够的灵活性，容纳任何未知的新业务。极简系统控制面（LSCP）（一）5G系统概念降低时延是5G面对的重要挑战之一。通信中很大一部分时延来自核心网和互联网的部分。通过把应用服务器向无线边缘移动也能够降低时延并提升可靠性。有些信息只在本地使用，例如流量安全信息和邻近区域广告。通过识别这些内容并把他们保留在无线边缘，可以最小化传输网络的压力。本地内容和数据流具有降低时延和传输网络分流的功能。内容本地化和数据流（一）5G系统概念5G典型业务需要在可用频谱上支持大量需求各异的用例，例如频谱带宽、信号带宽和鉴权机制。xMBB要满足流量增长和数据速率增长需求，以及可靠适中的速率要求，因此需要新增的频谱，尤其是6GHz以上较宽的连续频段。超密集网络和游牧节点提升本地容量。mMTC需要良好的覆盖和穿透能力，对带宽的要求相对较低。从覆盖和传播的角度来说，6GHz以下的频谱较为适合，而低于1GHz的频谱则是必要的。uRLLC需要高可靠件和低时延。为了实现低时延，提高信号带宽可以缩短传输的时间。频率分集技术可以增加可靠性。频谱工具箱提供了可以灵活使用的频谱资源，从而提升了频谱利用效率。频谱工具箱（一）5G系统概念工具箱提供的功能如下：赋予系统在广阔的频谱工作的能力，包括高频谱和低频谱。同时考虑了基于应用的不同频谱适用性；通过应用不同的独享或者组合的机制，提供了不同的频谱分享方式；为了支持高数据速率，提供了能够实现灵活频谱使用的、空中接口所需要的小带宽和大带宽的操作能力；对于不同的服务采用不同的规则，例如：某一频谱仅用于特定的服务。频谱工具箱（一）5G系统概念5G的要求与主要性能指标知识点二（二）5G的要求与主要性能指标

5G最基本的三个性能指标：用户体验速率连接数密度时延5G的关键能力知识点三（三）5G的关键能力能力指标ITU-T目标值实现技术用户体验速率100M/1Gbps用户随时随地体验，挑战大峰值速率10/20Gbps大带宽，多流传输，高阶调制流量密度10Tbps/K㎡极限承载力，超密集组网，站间协作连接密度1M/K㎡物联网，关键技术：非正交多址、免调度时延1ms空口帧结构、编解码、重传机制、网络架构移动速度500Km/h超高速铁路，主要用低频段频谱效率3-5X主要技术：大规模天线、非正交多址能耗效率100倍传输技术、芯片技术、组网方案5G的关键能力指标（三）5G的关键能力提高系统的频谱效率物理层手段MIMO技术干扰控制技术提高系统的带宽频谱重耕智能频谱利用增加站址密度异构网D2D通信满足5G关键能力的途径多址技术(GMSK/CDMA/0FDMA)、调制技术(QPSK/16QAM/64QAM)、编码技术(卷积码/Turbo码)、数据压缩技术(话音图像压缩/分组头压缩)、双工技术(时分/频分)等，目前均已接近香农极限，物理层可挖掘的空间不大。目前，学术界从物理层的各个方而都有一定的突破，有希望的技术包括非正交传输、FilleredOFDM、Polar

Codes、全双工等。然而，需要承认的是，这些技术所带来的复杂度和功耗是巨大的，而增益却并不是那么可观。物理层手段（三）5G的关键能力（三）5G的关键能力大规模MIMO(massiveMIMO,large-scaleMIMO)：收发两端配置多根天线，特别是在基站侧配置大量天线单元，获得空间自由度，既能实现小区内空间复用，也能实现小区间干扰抑制，提高频谱效率和能量效率。LTE系统中最多4根，LTE-A中8根。在大规模MIMO中，基站配置大多几十到几百根天线，同一时段资源同时服务若干用户。（三）5G的关键能力大规模MIMO技术优势：提高系统容量、频谱效率和能量效率降低硬件成本，提高系统鲁棒性（三）5G的关键能力LTE关键技术：ICIC干扰控制技术：通过信息交互，多基站协同工作，降低干扰。但是随着干扰控制要求的增加，需要交换的信息增多，开销会增大。同时，干扰控制的性能还受限于交互延时。这也是目前比较难以解决的问题。（三）5G的关键能力充分利用现有频谱，提高系统带宽有两种思路：充分利用现有频谱，提高现有频谱的使用效率；使用更高的频谱，研究使用的可能性和方案。充分利用现有频谱：频谱重耕和智能频谱利用。（三）5G的关键能力频谱重耕是指一些频谱由于某些原因可以被释放出来，重新开发使用此类频谱的技术。频谱重耕白频谱012G频谱02（三）5G的关键能力

对于频谱利用率低，但并不能完全释放的频谱，可以采取智能频谱使用方案，多个系统时分、空分等复用频谱，而不是一个系统独占频谱。对于后来加入的系统，需要具有智能频谱识别功能，当发现频谱空闲时，启动系统，当预测到频谱要被使用时，关闭系统，以保证原有系统的可靠工作。智能频谱利用（认知无线电)安全性和可靠性01使用更高的频谱02（三）5G的关键能力异构网络由不同类型、不同大小的小区构成。其宏蜂窝覆盖小区中可以放置如微蜂窝皮蜂窝、飞蜂窝等低功率的节点。异构网的传输制式和频段使用也可以是差异化的。异构网移动终端，属于多模终端；具备可接入多个网络的接口01多种网络共存：如无线局域网、无线个域网、公众移动通信网等02（三）5G的关键能力

一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。5G的应用知识点四（四）5G的应用

5G技术的另一个使用场景，是利用其超低延时控制远程设备和重型机械，甚至完成内科手术级别的精密操作。在医疗保健行业，5G技术这有助于提高医疗手术的准确性和效率，同时也能实现尖端医疗资源的远程调配。2019年3月16日，中国曾完成一例基于5G的远程人体手术，跨越近3000公里，由来自北京的北京解放军总医院的医生，为远在海南的病人完成帕金森病“脑起搏器”植入手术。瑞典5G项目经理托比约恩·伦达尔：“5G技术能够提高工业安全。更多的联网机械和设备意味着更少的工人将被派往一线工作。地上地下作业的无缝结合将有助于提高生产效率和安全性，实时化的远程控制和远程监测将称为常态。”（四）5G的应用强化AR、VR使用效果：在4G的推广中发挥了关键作用一样，鉴于AR（增强现实技术）和VR（虚拟现实技术）设备能够像智能手机一样便于使用，它们很可能成为影响5G推广的关键。高通（Qualcomm）在2018年末发布的一份报告提出AR、VR都需要更稳定的连接、更大的承载量和更低的延迟——而这些正是5G可以提供的。（四）5G的应用自动驾驶

5G自动驾驶应用是一场国际竞赛，特别是这两年，中美欧日等世界各汽车强国都做了相关的积极探索。

5G的优势包括低延迟、高速移动、高数据传输速度、高容量等，据了解到2020年，无人驾驶汽车每秒将消耗至少0.75GB数据流量。

庞大的数据量需要超高速率、超低时延的传输，当前的通信系统不能满足处理其中所需的

超高带宽和高可靠性要求，

这恰恰是5G大显身手的地方。5G用例简介知识点五（五）5G用例简介现代办公大型室外活动地铁密集商业区

随着5G的到来，智慧城市的各类预期正成为现实，譬如超高速互联网连接和智慧交通系统这类原本只能在小范围测试的项目，可以将规模扩大到整个城市。

一些大型室外活动会在一定时间内吸引大量临时访客，例如体育赛事、展览、音乐会、节日聚会、焰火大会等。来访者通常希望拍摄高清图片和视频，并实时分享给家人和朋友。因为大量的人聚集在有限的区域，从而产生巨大的流量压力。

此外，密集商业区，现代办公环境，以及地铁等大型场所，也会因大量人临时聚集，产生巨大的流量压力。

超大流量正是5G大显身手的地方。（五）5G用例简介

随着5G的到来，譬如超高速互联网连接和智慧交通系统这类原本只能在小范围测试的项目，可以将规模扩大到整个城市。5G驱动的