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第五代移动通信技术(5thGenerationMobileCommunicationTechnology,5G)是具有高速率、大连接以及低功耗和低时延等特点的蜂窝移动通信技术,也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(CSM)系统之后的延伸。为满足5G多样化的应用场景需求,高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征,用户体验速率达1Gbps,时延低至1ms,用户连接能力...

第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)是具有高速率、大连接以及低功耗和低时延等特点的蜂窝移动通信技术,也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(CSM)系统之后的延伸。为满足5G多样化的应用场景需求,高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征,用户体验速率达1Gbps,时延低至1ms,用户连接能力达100万连接/平方公里。2G~4G都着眼于让人与人之间的通信更便捷,而5G则突破了人与物之间的壁垒,可以满足远程医疗、车联网、智能家居、工业控制、虚拟现实等应用需求。

概述

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移动通信的演进

人类和通信服务的关联,从不同代际的通信技术所能实现的功能上看,与作为使用主体的人类的三维生物属性相关。从1G发展到4G,是人从声音、图形、视频的逐级通信需求推动技术进步的。移动通信经历了从1G(第一代移动信息技术)、2G、3G到4G的发展历程。1G出现在20世纪70年代末、80年代初,只用于提供模拟语音业务。2G出现在20 世纪90年代,用于提供数字语音和短信业。3G出现在2000年左右,用于提供数据和语音服务。到了3G时代后期,智能手机开始普及,移动上网需求激增,为了满足爆发式增长的数据需求,4G应运而生。4G 技术标准统一为LTE(Long Term Evolution,长期演进),包括FDD-LTE 和TD-LTE,可以提供100 Mbit/s以上的下载速率。5G是4G系统之后的延伸,4G时代的终端以智能设备为主,而在5G时代绝大多数消费产品、工业品、物流等都可以与网络连接,海量“物体”将实现无线联网。5G物联网还将与云计算和大数据技术结合在一起,使得整个社会充分物联化和智能化。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

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移动通信技术的发展进程

频段

5G分低频段(Sub-6GHz)和高频段(毫米波),Sub-6GHz是在6GHz以下的窄频技术,并且支持数Gbit/s的高速通信,具有低功耗、广覆盖的特性;而毫米波频段是在24GHz以上的宽带技术,并且支持数十Gbit/s的高速通信具有低时延、高速率的特性。。毫米波技术的研究历史已超过百年,可追溯到19世纪末。但很长时间以来,毫米波技术主要应用于军事、射电天文等领域。在3G、4G网络中,例如40 GHz频段和 80 GHz频段(E-Band)的点对点高速传输系统,毫米波技术已广泛应用于网络回传和前传。随着5G新业务数据量和用户数的爆炸式增长,通信频段必然向毫米波方向延伸,5G移动通信将采用中低频段+毫米波频段相结合的方式。

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3GPP毫米波频段分布

发展现状

5G专利:截止到2022年4月底,全球共有50415个5G申请专利家族(含待审批和已授予),在向美国与欧洲专利局提交申请的专利中,中国(26.79%)、韩国(25.94%)、美国(17.75%)、欧盟(15.59%)、日本(8.52%)排名前五。而在核心的标准必要专利方面,欧盟(37.04%)、中国(33.96%)、美国(15.89%)作出主要贡献。

芯片技术:5G芯片技术创新加速。高通、联发科、紫光展锐、海思等厂商已发布93款5G芯片。近日,在2023年世界移动通信大会上,高通宣布将推出全球首款“5G Advanced-ready”基带产品,即5.5G骁龙X75芯片,支持十载波聚合,在Wi-Fi 7和5G中可实现10Gbit/s下行速度,商用终端预计将于2023年下半年发布;紫光展锐在展示5G新通话芯片方案的同时还布局汽车等工业电子业务,现场演示了首款车规级5G智能座舱芯片平台A7870。

设备供应:设备市场生态边界不断扩展,基站设备市场主要由华为、爱立信、诺基亚、中兴、三星等传统设备厂商占据。运营商希望通过无线接入网的虚拟化实现开放且可互操作的网络解决方案,以摆脱对现有单一设备商的依赖;Mavenir、Parallel Wireless等网络软件供应商加入设备市场竞争。此外,新兴5G设备供应商逐渐增多,全球为5G专网提供设备的厂商已经超过50家。

5G终端:5G终端形态日益丰富。GSA数据显示,截至2023年2月,全球共有224家设备供应商发布1840款5G终端,近八成已商用上市;其中发布手机共948款,至少有874款已商用,价格探至千元以下,进一步为5G终端普及奠定产业基础。终端类型不断拓展丰富,除手机、模组、CPE外,工业网关生态系统日渐成熟,移动机器人、无人机、XR设备等可通过模块连接到网关,随着5G创新加快,未来相关产品还将加速推出。

行业应用:截止到2022年,在全球范围内已经开展的644项行业应用试验或落地部署中,工业互联网、文体活动领域应用占比过半,智慧交通、医疗健康等领域的行业应用较为广泛。美国非常注重5G技术的领先性,产业各方合作测试开发5G工业用例,探索5G促进工业制造业增长的路径。韩国向产业全面推广5G融合应用,积极支持技术升级,激活产业生态,支持5G融合应用向全球拓展。欧盟通过政策发布和项目部署,构建5G与垂直行业融合应用的清晰路径,在7个重点行业以及港口、农业、交通运输等多个垂直领域开展广泛的5G行业应用试验。

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5G行业应用

历史沿革

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发展

2008年,美国国家航空航天局(NASA)和M2Mi公司一起开始研究5G通信技术,研究的主要方向是无线传感、小型卫星通信和机器连接等。同年,韩国也启动了IT研发项目“基于BDMA的5G移动通信系统”。这些前期探索促进了5G概念的形成。

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NASA标志

2012年8月,组约大学创建了无线通信研究所,并在5G一些特定的方向上做了比较前瞻性的研究。这方面的前期研究对于形成5G扩展频谱资源和采用毫米波通信的思路具有一定的指导意义。2012年11月,欧盟启动了著名的METIS研究项目,项目启动的目的就是要完整地定义下一代无线通信系统。METIS项目明确定义了5G的场景、测试范例和主要技术指标。METIS对于应用场景和主要技术指标的早期研究对于5G概念的形成起了非常大的作用。

2013年2月,国际电信联盟无线电通信组标准化组织(ITU-R)启动了5G研究项目,开始更详细地研究2020年后人类对于移动通信的需要和愿景。同年,IMT-2020(5G)推进组由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立,推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。

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国际电信联盟标志

2014年5月29日,推进组在北京召开了第二次IMT-2020(5G)峰会,会议主题为“5G目标及能力”,发布了中国《5G愿景与需求白皮书》,明确了5G关键能力指标,这些指标被制定的5G愿景报告基本采纳。白皮书作为中国首次系统地开展新一代移动通信系统需求研究的成果,为未来中国引领5G发展方向奠定了基础。METIS研究项目在2015年4月完成,使得当时的欧洲对于5G的认识和研发处于领导地位。

2015年,ITU发布了《IMT愿景:5G架构和总体目标》,定义了增强移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延(uRLLC)、海量机器类型通信(mMTC)三大应用场景,以及峰值速率、流量密度等八大关键性能指标。

2016年初,为兼顾不同运营商的需求,实现全球统一的5G标准,第三代合作伙伴计划(3GPP)启动。2016年5月31日,第一届全球5G大会在北京举行。本次会议由中国、欧盟、美国、日本和韩国的5个5G推进组织联合主办。

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第一届全球5G大会

2017年12月21日,在葡萄牙里斯本召开的3GPP RAN第78次会议上,3GPP完成面向NSA的5G NR(New Radio,新空中接口)标准,为5G NR全面商用奠定了基础。随后,2018年6月发布了R15的SA标准版本,2019年3月发布了R15的第三个版本,实现了依托5G核心网(NGC)完成5G NR和LTE的双连接。

2019年4月3日23时,韩国三家运营商正式推出5G商用服务,比美国Verizon公司提早数个小时,韩国由此成为全球首个实现5G商用的国家。

突破

3GPP于2020年7月冻结R16标准版本,R16为5G增强版本,进一步增强网络支持移动宽带的能力和效率,支持米级定位、节能以及网络智能化,同时扩展支持更多物联网场景。

2022年全球5G基础设施市场规模接近300亿美元,累计总规模超900亿美元。2022年全球5G基站出货量超140万个,同比增长20%,累计出货超380万个。中国始终秉持“适度超前”建设原则,2022年度新建基站88.7万个,累计开通5G基站超231万个,占全球总量的60%。

2022年年中,3GPP宣布5G R17版本标准冻结,重点支持中高速大连接及差异化物联网应用,进一步拓展了5G应用场景与解决方案。R17让更多5G系统增强功能逐步走向成熟,将5G扩展至全新终端、应用和商用部署领域。

截至2022年底,全球5G移动用户已突破10亿户,占移动用户整体的12.1%,网络覆盖全球近三成的人口。中国已建成全球最大5G网络与独立组网网络,5G用户规模达到5.6亿户,占全球用户总数的一半以上,渗透率为33.3%,仅低于韩国与美国。

截至2023年2月,全球共有224家设备供应商发布1840款5G终端,近八成已商用上市,其中发布手机共948款,至少有874款已商用,价格探至千元以下,进一步为5G终端普及奠定产业基础。终端类型不断拓展丰富,除手机、模组、CPE外,工业网关生态系统日渐成熟,移动机器人、无人机、XR设备等可通过模块连接到网关,随着5G创新加快,未来相关产品还将加速推出。

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2019-2023年全球5G商用情况

关键技术

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5G NR

5G NR(New Radio)的目的是解决针对增强移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)以及海量机器类型通信(mMTC)等应用场景的问题。5G NR的设计是向前兼容的,这将使3GPP可以在将来为未知的用例顺利地引入新技术。5G NR的关键技术包括陡峭性能传输、支持低延迟、先进的天线技术和灵活的频谱特性。5G NR也在很大程度上以4G LTE为基础,并充分引入潜在的先进技术。从技术层面,NR 重用了LTE 的许多架构与特性。但是,作为一种新的无线接入技术,与 LTE 演进不同,NR 并不受后向兼容性的限制,对NR的要求也比LTE 更广泛、更高,从而使得更多、更深层次的技术创新成为可能。

5G NR的两种主要架构类型是非独立组网(NSA)架构和独立组网(SA)架构。在NSA中,终端通过E-UTRA 和NR双连接(EN-DC)连接到LTE eNB 和5G NR NodeB(gNB),其中eNB作为主节点,gNB作为辅助节点。在NSA 中,LTE 用于初始接入和移动处理,而SA版本可以独立于LTE进行部署。

大规模天线技术

大规模天线技术(Massive MIMO)是指多路输入多路输出,基站使用几十甚至上百根天线,通过调整多天线的相位和幅度形成无线信号能量更集中的窄波束,能根据不同的覆盖场景,通过动态控制波東来补偿无线电波的传播损耗,从而提升覆盖能力;还能通过空间复用技术让多个波東同时连接多个用户,实现在同一无线信道上同时发送和接收多个数据流,从而可在不增加频谱带宽的前提下成倍提升系统容量。这项通信技术的波束窄,指向性传输,增益高,抗干扰,频谱效率提高。由于毫米波波长较短,因此天线阵列占用空间小,这使得毫米波系统非常适合采用大规模MIMO技术。

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大规模天线技术

非正交多址接入技术

非正交多址接入(NOMA)可以利用不同的路径损耗的差异来对多路发射信号进行叠加,从而提高信号增益。它能够让同一小区覆盖范围的所有移动设备都能获得最大的可接入带宽,可以解决由于大规模连接带来的网络挑战。NOMA牺牲了一部分峰值速率来换取更多的连接,其实现原理是引入了NOMA收发机,抑制用户之间干扰。NOMA相比OMA有以下优势:提升多用户系统容量、支持过载传输、可靠的免授权(GF)传输、鲁棒的开环MU-MIMO以及灵活的业务复用。

波束形成技术

波束形成(BF)也称空域滤波,是阵列处理的一个主要方面,已逐步成为阵列信号处理的标志之一,其实质是通过对各阵元加权进行空域滤波,来达到增强期望信号、抑制干扰的目的;而且可以根据信号环境的变化自适应地改变各阵元的加权因子。在移动通信中,波束成形是天线技术与数字信号处理技术的融合演进技术,其作用体现在实现无线信号的定向传输或收发。如果我们还对无线信号进行有效处理,就能确定电磁波的传输方向,从而实现发射机的精确定向和接收机的精准探测。

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波束成形原理图

本质上而言,波束成形技术是通过调节各天线的相位使无线信号进行有效叠加,产生更强的信号增益来克服无线信号在自由空间中面临的传输衰减,从而保证无线信号的收发质量;此外,波束成形技术使用后,因为收发电磁波能量更加集中,毫无疑问,也将在一定程度上延伸无线信号的传输距离。

5G-A移动通信技术

5G-A移动通信技术即5G-Advanced,作为5G的演进和增强,5G-A的网络能力可实现10倍提升,能有效支撑5G应用规模增长和数字化创新发展。作为5G通向6G的必由之路,5G-A将对部分6G关键技术进行提前验证,为6G标准制定和技术落地积累宝贵经验。在网络特征与网络功能层面,未来用户对网络有着越来越复杂多样的需求,基于此,5G-Advanced需要具备智慧(AI)、融合(Convergence)和更丰富使能(Enablement)的特征,即ACE。

在网络架构方面,5G-Advanced网络将沿着云原生、边缘网络以及网络即服务理念发展,满足网络功能快速部署、按需迭代的诉求。在网络技术方面,5G-Advanced网络能力将沿着“智慧、融合和使能”三个方面持续增强。其中“智慧”将聚焦提高网络智能化水平,降低运维成本,进一步促进智能化技术在电信网络中的应用和融合,开展分布式智能架构,以及终端与网络协同智能的研究。“融合”将促进5G网络与行业网络、家庭网络和天地一体网络融合组网,协同发展。“使能”将继续助力5G网络服务垂直行业,在完善基础的网络切片、边缘计算标志性能力的同时,将支持交互式通信、广播通信等让网络服务“更多元”;在端到端质量的测量和保障、方案简化方面让网络质量“更确定”;在时间同步、位置服务等方面让网络能力“更开放”。

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5G-Advanced 网络架构

技术原理

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5G系统整体包括核心网、接入网以及终端部分,其中核心网与接入网间需要进行用户平面和控制平面的接口连接,接入网与终端间通过无线空口协议栈进行连接。

网络架构

5G网络架构和前几代网络类似,继续沿用了4G网络扁平化的思想。从整体上说,5G系统架构分为两部分,即5G核心网(5GC,包括AMF/UPF)和5G 接入网(NG-RAN)。为了满足不同业务的性能需求,5G 接入网架构能够支持不同的部署方式:一方面,接入网需要支持分布式部署,与LTE系统类似,减少通信路径上的节点跳数,从而减少网络中的传输时延;另一方面还可以支持集中式部署以支持未来云化处理中心节点的实现方式,对多个小区进行集中管理,从而增强小区间的资源协调,实现灵活的网络功能分布。

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5G总体网络架构

接入网

5G 接入网由gNB(NR系统基站)和ng-eNB(可接入5G核心网的LTE演进基站)两种逻辑节点共同组成。gNB之间、ng-eNB之间,以及gNB和ng-eNB之间通过Xn接口进行连接。NG-RAN与5GC之间通过NG接口进行连接,进一步分为NG-C 和NG-U接口,其中与AMF控制平面连接的是NG-C接口,和UPF 用户平面连接的是NG-U接口。

核心网

5G核心网络是管理所有5G移动语音、数据和因特网连接的数据网络。5G核心网包括控制平面和用户平面网元,控制平面网元除了接入与移动管理功能(Access and Mobility Management Function,AMF)外,还包括会话管理功能(Session Management Function,SMF),但是SMF 和接入网之间没有接口;用户平面网元包括用户平面功能(User Plane Function,UPF)。

5G核心网采用基于服务的网络梨构(Service-Based Architecture,SBA)。SBA 架构是一个基于云的架构,不仅对4G核心网网元NFV虚拟化,网络功能进行模块化,实现从驻留云到充分利用云的跨越,实现未来以软件化、模块化的方式灵活、快速地组装和部署业务应用。在5G核心网中,AMF负责终端接人权限和切换;UPF负责分组路由和转发、数据包检查、上行链路和下行链路中的传输及分组标记、下行数据包缓冲和下行数据通知触发等功能。

部署

为了降低成本以及与4G兼容,在3GPP 5G标准的第一个版本R15中5G网络被分为独立组网(Standalone,SA)和非独立组网(Non-Standalone,NSA)两种部署方式。每类组网方式下,根据核心网选择的不同(EPC或是5GC),还可以细分为多种架构选项。

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SA组网部署和NSA组网部署原理

SA组网部署

独立组网就是一套全新的5G网络,包括全新的基站和核心网,它是5G网络成熟阶段的目标架构,该种方式下,5G接入网既可以是gNB,也可以是ng-eNB,5G核心网采用5GC。SA组网能支持所有的5G新业务,是5G网络部署的最终形态,由于5GC 的用户面和控制面完全分离,部署原则也不尽相同。在SA组网方式下,UE可以gNB 为主节点或者单独接入gNB。

SA组网的优点是可以完全实现5G的新功能和业务,如URLLC、mMTC、网络切片等,提供更高的性能和灵活性。SA组网的缺点是需要建设新的5G基站和核心网,投资成本较高,而且对5G基站的覆盖要求较高,否则会导致频繁的控制面切换和用户体验下降。

NSA组网部署

NSA 组网利用了现有的4G网络,进行改造、升级和增加一些5G设备,以支持NR 接入网和/或5GC 的引入,使网络可以让用户体验到5G的超高网速,又不浪费现有的设备,使运营商能够在热点地区快速部署5G抢占市场,是早期5G 部署的选项之一。在NSA 组网方式下,UE从现有LTE 接入网接入,LTE基站(eNB)为主节点,NR基站(gNB)为辅节点。

NSA组网的优点是可以利用现有的4G网络资源,快速实现5G的部署,抢占市场份额,而且可以减少控制面切换的次数,提高网络稳定性。NSA组网的缺点是只能支持5G的eMBB业务,不能支持5G的其他新功能和业务,而且需要对4G基站进行改造或升级,以支持5G的数据分流和双连接。

空口协议栈

5G空口,即 UE 和gNB 之间的无线接口。NR定义了一系列空口协议用来建立、重配置和释放各种无线承载业务。5G空口协议栈分为“三层两面”,三层包括物理层、数据链路层和网络层;两面是指控制面和用户面。

物理层

物理层位于空口协议最底层,为高层的数据提供无线资源及物理层处理。

数据链路层

数据链路层包括媒体接入控制(MAC)、无线链路控制(RLC)、分组数据汇聚协议(PDCP)和服务数据适配协议(SDAP)4个子层。NR与LTE 相比,PDCP子层基本功能类似,都是提供无线承载级的服务;不同的是NR数据链路层新引入了SDAP 子层,原因是NR中的NG 接口是基于 QoS flow控制的,因此需要 SDAP 子层作为适配层,把QoS flow 映射到DRB上,而LTE 中EPS承载和DRB之间一一对应,不需要适配。数据链路层同时位于控制面和用户面,在控制面负责无线承载信令的传输、加密、完整性保护等,在用户面负责用户业务数据的传输和加密。

网络层

网络层是指无线资源控制(Radio Resource Control,RRC)层,位于接人网的控制平面,负责完成接人网和终端之间交互的所有信令处理。

控制面

控制面协议主要负责终端和网络之间的连接建立、移动性和安全性。负责对无线接口进行管理和控制,用于实现与UE通信相关的控制功能,包括RRC 协议、SDAP/PDCP/RLCMAC 协议和物理层协议,RRC层位于终端和gNB之间,负责处理RAN 相关的控制面过程。非接入层(NAS)位于终端和AMF之间,包括鉴权、安全性管理、会话管理和不同的空闲态过程(比如寻呼),还负责为终端分配IP地址。NAS不属于空口协议,应用于 UE和核心网的接入管理实体(AMF)内,主要负责对非接入层的控制和管理。

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控制面协议栈

用户面

用户面协议栈用于实现资源分配与数据传输相关的功能,包括SDAP/PDCP/RLC/MAC 协议和物理层协议。由控制面产生的各种控制信令最终也通过用户面协议进行传输。SDAP层负责根据QoS(Quality of Service)要求将QoS流(QoS Flow)映射到无线承载。5G QoS模型基于QoS Flow,QoS Flow是PDU会话中最精细的Q0S区分粒度,也就是说两个PDU会话的区别就在于它们的QoS Flow不一样。SDAP层是NR用户面中新引人的一个协议层,因为当NR连接到5G核心网时,新的QoS处理需要这一协议实体。

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用户面协议栈

关键性能指标

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针对三大应用场景的关键性能需求,ITU于2017年11月正式发布了《IMT-2020无线接口最小技术性能指标要求报告》,定义了包括峰值速率、用户体验速率、延时、移动性、流量密度、连接数密度等指标在内的5G最低性能指标要求。

峰值速率:峰值速率是指在理想信道条件下,单用户所能达到的最大速率,单位为bit/s。5G的峰值速率一般情况下为10Gbit/s,特定条件下能够达到20Gbit/s。

用户体验速率:用户体验速率是指在实际网络负荷下,用户普遍可获得的最小数据传输速率,单位是bit/s。5G首次将用户体验速率作为衡量移动通信网的核心指标。在实际的网络使用中,用户体验速率与无线环境、接入设备数、用户位置等因素相关,通常采用95%比例统计方法来进行评估。在不同的应用场景下,5G支持不同的用户体验速率,在广域覆盖场景中希望能达到100Mbit/s,在热点区域中希望能达到1Gbit/s。

延时:延时可以分为两类:空口延时与端-端延时。其中,空口延时是指移动终端与基站之间无线信道传输数据经历的时间;端-端延时是指移动终端之间传输数据经历的时间,其中包含空口延时。延时可以用往返传输时间(RTT)或单向传输时间(OTT)来衡量。5G的空口延时要求低于1ms。

移动性:移动性是指在满足特定的QoS与无缝移动切换条件下可支持的最大移动速率。移动性指标是针对地铁、高铁、高速公路等特殊场景,单位为km/h。在特定的移动场景中,5G允许用户最大的移动速度为500km/h。

流量密度:流量密度是指在网络忙碌的状态下,单位地理面积上可达到的总数据吞吐量,单位是bps/km’。流量密度是衡量典型区域覆盖范围内数据传输能力的重要指标,如大型体育场、露天会场等局部热点区域的覆盖需求,具体与网络拓扑、用户分布、传输模型等密切相关。5G的流量密度要求达到每平方千米几十Tbps。

连接数密度:连接数密度是指单位面积上可支持的在线终端的总和。在线是指终端正以特定的QoS进行通信,一般可用每平方千米的在线终端个数来衡量连接数密度。5G连接数密度为每平方千米可以支持100万个在线设备。

中国学者将这些关键能力总结为“5G之花”,如图所示,体现了IMT-2020 的5G关键性能和4G的区别。花瓣代表了5G的六大性能指标:峰值速率、用户体验速率、端到端时延、移动性、流量密度、连接数密度;绿叶代表了5G的三个效率指标:频谱效率、能源效率、成本效率。

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5G之花

相关争议

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信息安全

5G网络下,人工智能提供的应用数量日益增长,同时这些应用也会带来安全险。比如人工智能钓鱼邮件,黑客可以使用人工智能技术,对用户大量生成有针对性的钓鱼邮件,此外,还可利用对抗生成网络技术,巧妙绕过反钓鱼邮件系统,达到攻击用户的目的。5G网络使得人工智能技术的使用迅速增加,因此人工智能的安全风险也增大,需要我们时刻注意5G与人工智能融合下新增风险的信息安全管控。

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人工智能

安全漏洞

2020年,美国普渡大学与爱荷华大学的科研人员发现了多个5G安全漏洞,黑客可利用这些漏洞对用户进行实时定位,甚至还能神不知鬼不觉地让用户的5G手机掉线。这些漏洞所造成的问题,并非是5G网络所独有的,传统的4G、3G等移动通信网络,也可能受到同样的威胁。为了减少5G漏洞造成的不良影响,需要推进5G网络的安全标准贯彻工作,同时要在技术层面完成漏洞的防范及修复工作,从源头上提升5G网络的安全性。其次,要严厉打击伪基站等非法设备,在5G手机、5G智能手表等用户终端设备上,相关研发人员要部署漏洞识别软件并积极实施相关安全防护措施,有关部门也要要强化终端用户的网络安全意识,普及基本的防护常识。

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Handover漏洞

辐射危害

5G牌照的发放,拉开了5G时代的序幕。与此同时,关于5G信号辐射是否危害人体健康的讨论,也成为一大热点。事实上,从2G到4G,手机信号辐射的讨论从未停息。要想弄清楚5G信号辐射是否会危害人体健康,一定要有翔实的数据作为支撑。与4G一样,5G基站的发射功率是严格按照国家标准执行的。只要5G基站发射功率不超标,就不会对人体产生危害。相比4G网络,5G网络基站的密度更高,这意味着每个基站的发射功率会更小,辐射也更小。综合各方面的数据来看,5G辐射危害人体健康难言有科学依据,是一种谬论。

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5G基站

传播病毒

自2019冠状病毒病大流行开始以来,5G网络会传播新冠病毒的言论在全球扩散,据报在爱尔兰、塞浦路斯和比利时等欧洲国家,5G通信基站桅杆被破坏或摧毁,这一问题在英国尤为严重,那里数十座基站成为袭击目标,工程师也在工作时遭到虐待。世界卫生组织对此进行辟谣,病毒不能通过无线电波/移动网络传播,新冠病毒在许多尚无5G移动网络的国家传播,感染者通过咳嗽、打喷嚏或说话时溅出的呼吸道飞沫传播病毒。人们也可能会在触摸被污染的物体表面后触摸自己的眼睛、嘴巴或鼻子而受到感染。

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应用场景

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根据ITU定义,5G网络将支持更高速率、更低时延和更大连接数密度,能够满足eMBB(en-hanced Mobile Broadband,增强移动宽带)、uRLLC(ultra-Reliable and Low Latency Communication,超高可靠低时延通信)和mMTC(massive Machine Type Communication,海量机器类通信)三大应用场景。

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5G愿景

增强移动宽带

eMBB 集中表现为超高的移动网络传输数据速率,满足未来更多的应用对移动网速的需求。因此,eMBB 是原来移动网络的进一步升级,将是5G 发展初期面向个人消费市场的核心应用场景。

eMBB 应用场景是在现有移动宽带业务场景的基础上,为满足超高清视频、全息视频、浸入式游戏、下一代社交网络等移动互联网业务需求,无论在网络边缘、高速移动等恶劣环境还是局部热点地区都能为用户提供无缝的高速业务,如移动高带宽数据接入、3D/超高清视频、AR/VR等大流量移动宽带业务。eMBB 的关键性能指标包括100Mb/s用户体验速率,对于部分热点场景可达1Gb/s,甚至大于10Gb/s的峰值速率,大于10Tb/(s・km7)的流量密度以及500km/h以上的移动速度等,涉及交互类操作的应用还对时延敏感。

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VR头戴显示器

超高可靠低时延通信

uRLLC主要是应对超高可靠低时延挑战而定义的,其需要时延可控制在1ms之内。

uRLLC应用于对时延高度敏感类型的业务场景,同时要求高可靠性。常见应用包括自动或辅助驾驶、虚拟现实(Virtual Reality,VR)、增强现实(Augmented Reality,AR)、触觉互联网、工业控制、远程医疗或手术、无人机、无人驾驶等。如果网络时延较高,uRLLC 类业务的正常运行就会受到影响,并会出现控制方面的误差。自动驾驶、远程手术等实时监测要求毫秒级的时延,工业机器控制、设备加工制造等时延要求为十毫秒级,可用性要求接近100%。

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远程医疗

海量机器类通信

mMTC主要是应对设备超大连接数量挑战定义的,其指标可达到每平方公里100万连接数,支持上下行最大1Mb/s的峰值速率。

mMTC主要面向具有小数据包、低功耗、海量连接(连接密度高)的物联网应用,如物流管理、智慧城市、旅游管理、环境监测、智慧农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景。万物互联背景下人们的生活方式和社会形态将发生颠覆性的变化,数据连接覆盖社会生活的方方面面。5G强大的连接能力将促进各垂直行业(智慧城市、智能家居、环境监测等)的深度融合。在大规模机器通信场景中,数据速率较低且时延不敏感,终端成本更低,电池寿命更长,真正能实现万物互联。

5G

智能家居

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词条目录
  1. 概述
  2. 移动通信的演进
  3. 频段
  4. 发展现状
  5. 历史沿革
  6. 发展
  7. 突破
  8. 关键技术
  9. 5G NR
  10. 大规模天线技术
  11. 非正交多址接入技术
  12. 波束形成技术
  13. 5G-A移动通信技术
  14. 技术原理
  15. 网络架构
  16. 接入网
  17. 核心网
  18. 部署
  19. SA组网部署
  20. NSA组网部署
  21. 空口协议栈
  22. 物理层
  23. 数据链路层
  24. 网络层
  25. 控制面
  26. 用户面
  27. 关键性能指标
  28. 相关争议
  29. 信息安全
  30. 安全漏洞
  31. 辐射危害
  32. 传播病毒
  33. 应用场景
  34. 增强移动宽带
  35. 超高可靠低时延通信
  36. 海量机器类通信

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