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4G/5G


無線接入技術

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4G(LTE)和5G(NR)都是移動無線接入技術,可以為移動設備提供以太網的速度,體驗3D畫質的視頻播放服務。其中LTE和WiMAX是實現4G定義的兩種不同技術,而5G(NR)是一種新概念。


什么是4G?


4G是第四代移動通信技術(The 4th Generation Communication System)的簡稱,也被稱為LTE (Long Term Evolution)。在ITU(國際電聯)的定義里,任何達到或超過100Mbps的無線數據網絡系統都可以稱為4G。4G技術是一種基于IP協議的寬帶無線接入方式,其特點是數據傳輸速率高、延遲低、覆蓋范圍廣、容量大及安全性高等。其數據傳輸的上行速率可達 20Mbit/s,下行速率高達 100Mbit/s,能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求,實現了高清視頻流媒體、在線游戲和云計算等高帶寬應用,使用戶能夠更快地瀏覽網頁、下載文件和進行視頻通話,為用戶提供更好的移動互聯網體驗。

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4G采用LTE作為主要的無線接入技術

分為FDD LTE和TDD LTE系統模式





·

FDD上下行數據同時傳輸



FDD“頻分雙工”指傳輸數據時需要兩個獨立的信道,一個信道用來向下傳送信息,另一個信道用來向上傳送信息。兩個信道之間存在一個保護頻段,以防止鄰近的發射機和接收機之間產生相互干擾。就相當于一條雙向公路,兩邊的車輛各走各的路,互不干擾。而保護頻段就相當于公路中間的隔離帶。

TDD上下行數據分開傳輸

需要通過信號燈切換改變上傳與下載通道



TDD“時分雙工”的發射和接收信號是在同一頻率信道的不同時隙中進行的, 彼此之間采用一定的保證時間予以分離。可以比作一條獨木橋,在同一時段,只能有一邊的人通過,也就是說,數據的上傳和下載是在同一信道交替進行的。

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4G關鍵技術?



OFDM技術

正交頻分復用是一種無線環境下的高速傳輸技術,是4G移動通信技術的核心技術之一,其主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道,在每個子信道上使用一個子載波進行調制,各子載波并行傳輸。OFDM可以消除或減小信號波形間的干擾,對多徑衰落和多普勒頻移不敏感,從而提高了頻譜利用率和數據傳輸速率。




MIMO技術

多輸入多輸出技術,是4G移動通信技術的另一個核心技術,利用多發射、多接收天線進行空間分集的技術,它采用的是分立式多天線,能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道,從而大大提高容量。




基于IP核心網技術

4G移動通信系統的核心網是一個基于全IP的網絡,可以實現不同網絡間的無縫互聯和全球統一的網絡標準。核心網獨立于各種具體的無線接入方案,能提供端到端的IP業務,能同已有的核心網和PSTN兼容,具有開放的結構,能允許各種空中接口接入核心網,同時能把業務、控制和傳輸等分開。提高了用戶的使用體驗。




QoS技術

服務質量技術,可以根據用戶的需求和網絡的狀況,對數據進行優先級排序和調度,從而保證了數據傳輸的穩定性和可靠性。




安全技術

4G移動通信技術采用了多種安全技術,包括加密、認證、防護等,可以保證用戶的通信安全和隱私保護。

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移動通信技術演進規律

“G”代表一代,每10年一周期,5G就是第五個周期,是第五代移動通信技術

G ????? 年代 ???????主要代表服務?? ???????? ?? ?? ???????? ?????? ?? ??????????? ???峰值 ? ???? ????????????????????帶寬

1G
2G
3G
4G
5G
1980
1990
2000
2010
2020
語音(模擬通訊)
短信(數字文本)
多媒體社交(移動數據)
互聯網、移動支付(移動寬帶)
虛擬現實,“零”時延感知(物聯網)
2.4K
64K
2M
100M
20G
/
200K
1.6M
20M
100M
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什么是5G?


5G是第五代移動通信技術(5th Generation Mobile Communication Technology,簡稱5G),繼1G、2G、3G、4G網絡之后基于OFDM的全新空口(New Radio) 設計的全球性無線標準。
5G是一個端到端的生態系統,具有高速率、低時延、大容量、高可靠、大連接等特點,它將打造一個全移動和全連接的社會,旨在將幾乎所有人和所有事物連接在一起,包括機器、物體和設備。為用戶提供增強現實、虛擬現實、超高清(3D)視頻等更加身臨其境的極致業務體驗,解決人與物、物與物通信問題,滿足移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制、環境監測等物聯網應用需求。

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由3GPP確立并認可的5G工作模式中,

分為NSA(非獨立組網模式)和SA(組網模式)














· 支持eMBB
· LTE為錨點,復用4G核心網,快速引入5G NR
· 5G疊加于4G網絡上,無需提供連續覆蓋




NSA模式下,是以4G作為終端的信號接收,然后發給5G基站,再由5G基站傳輸給云數據庫中處理,再由云服務器將數據發還給5G基站,這時,5G基站將根據當前信號速率以及干擾源等多方面因素做出判斷,是由5G基站將信息返還,亦或者繼續由4G基站進行信號傳輸的工作模式。

· 支持eMBB/uRLLC/mMTC及網絡切片
· 需要新建5G Core
· 對5G的連續覆蓋有較高要求




SA模式下的5G基站是單獨建立的5G基站,可以直接作為訪問用戶終端和后臺數據庫中,速率和頻譜都可以達到很高的數據.

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5G關鍵技術?


毫米波技術


毫米波指RF頻率在30GHz和300GHz之間的無線電波,波長范圍從1mm到10mm。5G主要使用兩端頻率,分別是FR1頻段和FR2頻段:

FR1范圍:450MHz~6GHz,又叫Sub-6GHz頻段

FR2范圍:24.25GHz~52.GHz

由于FR2覆蓋波段多數為小于10毫米波長的頻率,這部分頻段因此得名“毫米波(mmWave)”,可以實現更高的頻率和更大的帶寬,從而提高網絡速度和容量。毫米波傳播損耗大,穿透能力弱,適合Small Cells、室內、固定無線和回傳等場景部署。


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大規模MIMO技術

MIMO,即多入多出,是指在無線通信系統的發射端和接收端同時使用多個天線的通信技術。所謂大規模MIMO,是指天線根數達到數十根或數百根以上的 MIMO系統,可以實現更高的頻譜效率和更好的信道容量,從而提高網絡性能。普通MIMO系統的天線數量一般是4根(2T2R)、8根(4T4R)或16根(8T8R),而大規模MIMO系統的天線可達64T64R、128T128R,甚至256T256R。
普通MIMO系統的天線一般只在水平方向排列,而大規模MIMO系統的天線則在水平和垂直兩個方向排列,形成一個平面。




同時同頻全雙工

傳統的雙工方式:TDD和FDD,它們都需要將通信資源分為兩份,供雙向通信使用,需要雙倍的資源開銷。
同時同頻全雙工CCFD:在同一時間和同一頻段實現雙向通信,提升了頻譜效率,增加系統的數據吞吐量。




正交頻分復用OFDM與F-OFDM

無線通信4G網絡中OFDM信號,在連續的頻帶內雖然無需保護頻帶,但在頻帶的邊緣,仍然逃不了使用保護頻帶,這個保護頻帶所占用的帶寬要達到總帶寬的10%,也就是說 10%的頻率資源都白白浪費掉了。
5G的改進在于使用F-OFDM,泄漏情況大大改善,保護頻帶所占用的頻帶縮減到 2-3%,從而數據傳輸速率可以提升 8%左右。



濾波組多載波技術FBMC

在OFDM系統中,由于無線信道的多徑效應,從而使符號間產生干擾。為了消除符號問干擾(ISL),在符號間插入保護隔。通常保護間隔是由CP(Cycle Prefix ,循環前綴)來充當。CP是系統開銷,不傳輸有效數據,從而降低了頻譜效率。
而FBMC利用一組不交疊的帶限子載波實現多載波傳輸,FMC對于頻偏引起的載波間干擾非常小,不需要CP(循環前綴),較大的提高了頻率效率。




非正交多址接入技術(NOMA)

NOMA在OFDM的基礎上增加了一個維度—功率域。發送端非正交發送,主動引入干擾(雖然單個用戶仍為OFDMA,但不同用戶的子載波重疊在同一個頻段,這樣總體上就是“非正交多址”);接收端使用串行干擾刪除SIC技術解調(依次分離功率最強的 信號)。
原先的正交多址OFDMA需要嚴格的接入流程和調度控制,成本高且接入節點數量受限。NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來對多路發射信號進行疊加,從而提高信號增益。它能夠讓同一小區覆蓋范圍的所有移動設備都能獲得最大的可接入帶寬,可以解決由于大規模連接帶來的網絡挑戰。




網絡切片技術

網絡切片,就是將物理網絡分為多個虛擬網絡,每個虛擬網絡對應不同場景,即滿足不同的服務需求(時延、帶寬、可靠性),各個網絡切片獨立運行,各取所需,總體上更有效的利用資源,實現分類管理、靈活部署。

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5G相較于4G主要做了哪些提升?





*流量密度:單位體積內的總流量數

*連接密度:指單位體積內可以支持的在線設備總和時延:發送端到接收端接收數據之間的間距

*移動性:支持用戶終端的最大移動終端

*能源效率:沒消耗單位能量可以傳送的數據量

*用戶體驗效率:單位時間內用戶獲得MAC層用戶面數據傳送量

*頻譜效率:每小區或單位面積內。單位頻譜資源提供的吞吐量

*峰值效率:用戶可以獲得的最大速率

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5G應用

(1)增強的移動寬帶? ? ? ? ?(2)海量機器通信? ? ? ? ?(3)超高可靠和低時延通信


1、VR、AR、MR







VR:虛擬現實,通過各種 頭戴式,沉浸在虛擬世界中,多用于游戲



AR:增強現實,將虛擬的東西疊加到真實世界,如Pokemon Go



MR:混合現實,把真實的東西疊加到虛擬世界里,通過算法把攝像頭拍攝的二維的視頻進行三維重建,生成虛擬的三維物體,再疊加入虛擬世界
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2、車聯網

自動駕駛技術、遠控駕駛、編隊駕駛、輔助技術。

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3、遠程醫療

遠程B超、遠程手術等。

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4、智慧城市

智慧的交通、智慧的醫療、智慧的公共安全、智慧的公共事業、智慧的教育與科技、智慧的市民服務、人的吃穿睡、智慧城市:任何人、任何地點、任何時間、獲取所需的服務。

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