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5G

— 创建于 ,最后更新于2019年09月23日 ;
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发展历程


1986年,第一代移动通讯系统(1G)在美国芝加哥诞生,采用模拟讯号传输。容量有限,只能传输语音,同时各个国家标准不一,不能“全球漫游”。

2G采用的是数字调制技术,发展于90年代,通信容量增加,除了语音,可以发送文字短信,数据传输的速度很慢(每秒9.6--14.4kbit)。2G时代也是移动通信标准争夺的开始,主要通讯标准有以摩托罗拉为代表的CDMA美国标准和以诺基亚为代表的GSM欧洲标准。

2000+年左右,3G开始出现。3G依然采用数字数据传输,但通过开辟新的电磁波频谱、制定新的通信标准,使得3G的传输速度可达每秒384kbit,在室内稳定环境下甚至有每秒2 Mbit的水准,是2G时代的140倍。由于采用更宽的频带,传输的稳定性也大大提高。3G网络下,可以直接浏览电脑网页,收发邮件,进行视频通话,收看直播等。

2010+年左右,4G开始发展。4G在传输速度上有着非常大的提升,理论上网速度是3G的50倍,实际体验也都在10倍左右。4G使人类进入了移动互联网的时代。

2019年,5G开启。5G将不同于传统的几代移动通信,不再由某项业务能力或者某个典型技术特征所定义,它不仅是更高速率、更大带宽、更强能力的技术,而且是一个多业务多技术融合的网络,更是面向业务应用和用户体验的智能网络,最终打造以用户为中心的信息生态系统。

5G的研究,始于三星。2013年5月13日,三星宣布,已成功开发第5代移动通信(5G)的核心技术,这一技术预计将于2020年开始推向商业化。随后爱立信,Intel,华为,高通开始进入5G研究领域。

5G标准目前还在制定中,5G传输速率究竟能比4G快多少,还没有准确的说法,一般认为5G传输至少能达到10Gb/s,平均能达到20Gb/s,极限能到800Gb/s。

标准


5G网络的通讯标准由3GPP(国际通信标准化组织)来负责统一制定,5G标准肯定是国际统一的,中国不会自己制定单独的5G标准,所以并不存在国内所谓5G标准的华为和高通之争。(很多时候,华为可能做得不太地道,太喜欢裹挟民意,利用民意。有时可能是刻意为之,有时可能是被动,更多的时候可能是顺水推舟。纯属个人观点。2019年4月

2016年3月,3GPP开始着手5G的标准化工作--5GNR(3GPP)。

值得注意的是5G标准由3GPP提交以后,还需要ITU这个官方机构来认定。

目前3GPP的5GNR Release-15已经发布,主要是关于5G独立组网和非独立组网部分。Release-15视为5G标准的第1阶段(phase 1),为5G商用暖身。

Release-16是第2阶段(phase 2),预计2019年年底发布。

5GNR 标准路线图

IMT-2020 5GNR 标准路线图

5G的三个关键性能指标是更快的峰值速率(增强移动宽带,eMBB)、连接数密度(大规模机器通信,mMTC) 和更低的延迟(超可靠低延迟通信,URLLC)。Release-15规范主要侧重于eMBB用例。Release-16则更侧重于URLLC,旨在扩展5G支持的功能并提高现有功能的效率。

传输频段,目前5G传输可用的频段分为2种,低于1 GHz的低频段(Sub-6 )(非独立组网), 24 GHz 以上的毫米波(mmWave)(独立组网)。各个国家和地区选择用来5G传输的频段不一样。中国选择Sub-6(中国运营商对外宣传说选择独立组网模式SA,但实际现在还是主攻Sub-6,非独立组网NSA方式。2019.9.23) ,欧洲,北美和日本选择Sub-6加mmWave的结合。

BandFrequencyType
FR1450 to 6000 MHzSub-6 GHz
FR224250 to 52600 MHzmm-Wave

Sub-6频段的优势与劣势

Sub-6GHz频段,传输距离长、蜂巢覆盖范围较广,因此相对于高频的毫米波,其对基站数量的需求也会相对较少。

同时Sub-6GHz频段所使用的技术可以沿用4G时期开始发展的技术,例如使用一个物理设备就可以提供多种网络制式,不但可以大大减少基站的连线,还可以降低基站的总重量,再加上Sub-6GHz频段相关的射频组件产业链也相对成熟, 因此5G网络的竞争实际上初期是围绕着Sub-6GHz的博弈。

毫米波​(mmWave)的优势与劣势

频段越高可提供更快速和优质的网络服务(例如3G使用频段是2GHz以下,4G使用的频段大多是700MHz-2.6GHz之间),所以高频毫米波自然有其优势,但由于毫米波的波长基本上只有1至10毫米,不仅覆盖距离短,而且在传输的过程中信号衰耗大,非常容易受阻挡等。

独立组网(SA)和非独立组网(NSA)

在4G向5G的过度期,初期势必会存在2/3/4/5G共存的问题, 因此5G架构中的非独立组网(NSA)实际上是产业链当下猛攻的方向,而Sub-6GHz频段作为非独立组网的关键之一也因此备受关注。

核心技术


eMBB(Enhanced Mobile Broadband)

eMBB的目标是提供非常快速的数据速度,从每用户100Mbps到20Gbps,以专注于服务对宽带要求很高的应用,比如高清(HD)视频、虚拟现实(VR)和增强型现实(AR)。同时,eMBB的目标不是只在靠近基站时提供能更快的传输速度,而是在信号较弱时(信号边缘),也能提供至少100Mbps的数据,这样在机场和运动场馆等拥挤地区的用户可以享受无缝高清视频流媒体服务等。

mMTC(Massive Machine-Type Communications)

mMTC的目标是在1平方公里范围内能使一个100万户家庭和工业物联网设备可以保持连接在线。mMTC旨在满足高速发展的数字社会的需求,并专注于高连接密度需求的领域和行业,如智能城市和智能农业。

URLLC(Ultra Reliable and Low Latency Communications)

URLLC的目标是提供需要极低延迟和快速响应的实时服务,如远程机器人控制,自动驾驶和互动游戏。过去的延迟时间是几十毫秒,通过无线资源管理和网络优化,5G中的网络延时将减少到1毫秒。例如,在4G中,以100km/h速度行驶的连接的自动驾驶车辆接收紧急制动,延迟时间为50毫秒(ms)-表示车辆行驶1.4米后将停止。但是,使用5g延迟时间仅为1毫秒,行驶0.028米后车辆将停止。这将大大增强自动驾驶的可靠性和安全性。

5GNR标准路线图

5GNR标准路线图

5G的技术指标


5G优势

5G优势

 

 

大容量 每平方公里的连接数量从4G的100 000增加到1000 000个。每平方公里数十Tbps的流量密度。区域通行能力0.1-10 Mbps/m2。

低延时 从4G的10ms延时可以降低到1ms以下。

速度 峰值速率数据1-20 Gbps。普通用户实际体验到的速率10-100 Mbps。

可靠性&可用性 99.999%。

频谱利用率 x1-x3。

移动性 300-500 km/h。

定位精度 10m ‹ 1m。

安全 更强的用户认证、用户验证和网络安全。

便捷

节能 x10-x100

低成本

应用领域


5GNR应用

5GNR应用

 

 

物联网(IoT),AI,AR,移动设备

参考资料:

1. Huawei: 5G is ON

2. What is 5G?

3. Ericsson 5G

4. Ericsson white paper: This is 5G

5. This is 5G on Intel

6. 高通5G

7. Samsung 5G Vision

8. 3GPP

9. 为什么 5G 芯片那么看重 Sub-6GHz 频段,不应该是毫米波吗?

10. 高通白皮书:Making 5G NR a Commercial Reality

11. 中国5G推进小组 IMT-2020(5G) PROMOTION GROUP

12. 毫米波​(mmWave):​频​段​之战

13. How does 5G NR standardization work?

14. 欧盟5GPPP

15. 3GPP work plan

16. 3GPP Release 16

17. Who & How: Making 5G NR Standards

18. 5GMF

19. 5G Americas

20. 5G forum

21. 5G Brasil


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