5G

5G的发展愿景是让终端用户始终处于联网状态,亦即万物互联。这应该是相较于3/4G,5G的最大特点。速度更快,带宽更大远不及万物互联来得重要,尤其是对物联网,车联网。当然5G对于安防领域目前的发展影响不大,更多的是未来。等到万物互联时,所有的安防摄像机都能快捷,高速的接入互联网。普天之下将没有一寸死角… …

发展历程

5G(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems)是最新一代移动通信技术,为4G(LTE-A、WiMAX-A)系统后的延伸。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。Release-15中的5G规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。Release-16的第二阶段已于2020年6月完成,作为IMT-2020技术的候选提交给国际电信联盟(ITU)。Release-17预计将于2021年12月发布。

ITU IMT-2020规范要求速度高达20 Gbit/s,可以实现宽通道带宽和大容量MIMO。3GPP将提交5G NR作为其5G通信标准提案。5G NR可包括低频(FR1),低于6 GHz和更高频率(FR2),高于24 GHz和毫米波范围。在早期发展时,在4G硬件(非独立)上使用5G NR软件的速度和延迟相较新一代4G系统只拥有约25%到50%的改善幅度。独立eMBB部署的仿真显示,在FR1范围内,吞吐量提高了2.5倍,在FR2范围内提高了近20倍。

公开资料显示三星是最早开始5G研发的,目前爱立信,Intel,华为,高通等都有涉及5G研发。

优势

5G优势
  • 大容量
    现有频谱资源的3倍,连接设备数量从105增加到106每平方公里,流量密度每平方米达到10Mbps。
  • 低延时
    延时从10ms降低到1ms。
  • 速度快
    传输速度从1Gb/s上升到20Gb/s,用户体验数据率达到100Mbps。
  • 高移动性
    移动性达500公里/小时。
  • 安全
  • 便捷
  • 节能
    能效比IMT-A提升100倍。
  • 成本低

核心应用

5GNR核心应用
  • eMBB( Enhanced Mobile Broadband),增强型移动宽带。
  • mMTC(Massive MachineType Communication)大规模机器类型通信。
  • URLLC(Ultra-reliableand Low Latency Communications)高可靠和低延迟通信。

应用领域

  • 物联网/IOT
  • AI/AR
  • 移动设备

标准

3GPP制定5GNR,ITU批准实施。Release-15、Release-16已经发布Release-17预计2021年12月发布。5GNR分为独立组网SA和非独立组网NSA两种组网方式。

频段

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

独立组网和非独立组网

独立组网(SA),一步到位引入5G基站和5G核心网,不依赖于现有4G网络,演进路径最短。全新的5G基站和5G核心网,能够支持5G网络引入的所有新功能和新业务。缺点是5G 频点相对 LTE 较高,初期部署难以实现连续覆盖,会存在大量的5G与4G系统间的切换,用户体验不好。初期部署成本相对较高,无法有效利用现有4G基站资源。

非独立组网(NSA),借助目前成熟的4G网络扩大5G 覆盖范围。NSA标准更早结束,产品更成熟。NSA组网下,无需建设新的核心网,将利用现有4G核心网。问题是仍必须改动4G现网,无法调整现有设备的供应商结构,现网无法满足5G高可靠低时延要求。

整体来看NSA仅支持eMBB业务,mMTC和URLLC业务还是需要独立组网来实现。

5G之后,6G?

After 5G,there is 6(lou,no) G? 解决什么需求,没有需求,就没有6G。
理论(香农理论)突破。
展望:频段使用太赫兹,可见光频。速率达到Tbps级别,用户体验速率达到10Gbps。端到端的延时小于1ms。1000km/h的超高移动性。丢包率小于10-8

5G对安防的影响

  • 4G硬件成本降低,LTE cat.1与5G协同发展。
    得益于4G cat.1模组成本的大幅度下降,安防厂商最近上线多款4G安防产品。
  • 中国数量巨大的监控摄像头联网
  • 人工智能,车载,可穿戴安防设备
  • 无人机监控

5G在安防中应用的问题

  1. 上行带宽的限制
    这是个常规问题。5G网络仍然上行带宽有限。5G网络采用的是分时传输(不同于有线网络的上下行全双工传输方式),80%的时间用于传输下行数据,20%的时间用于传输上行数据,这意味着5G网络中上行带宽仅占全部带宽的20%,大概是300Mbps左右,所以现实并不总是那么美好。视频监控大规模的采用5G网络传输,目前看来还是不可取,需要技术进一步发展。例如ROI视频编码技术,I帧优化,网络传输优化。
  2. 5G单个基站传输距离有限,衰减快
    上面讲到,5G传输采用毫米波和Sub-6G两个波段,波长较短,导致其有效传输距离、穿透性和绕射性能都较差。因此单个基站内的待机量,传输距离都有限制,摄像机的安装位置,数量都需要重点考虑。
5G基站上行带宽衰减示意图

5G相关组织,研究机构,企业

  • 5g-berlin
  • 国际电信联盟(ITU)
  • 3GPP
  • 全球移动通信系统协会(GSMA)
  • 5G汽车联盟
  • TD-LTE全球发展倡议组织(GTI)
  • 下一代移动网络国际组织(NGMN)
  • 5G联网工业与自动化联盟
  • Linux基金会
  • 华为5G
  • 三星5G
  • 爱立信5G
  • 高通5G
  • Intel 5G

参考资料:

  1. 5G Devices
  2. 5G新无线
  3. 全球5G商用网络列表
  4. 5G
  5. 3GPP Release 15概述
  6. 5G标准——独立组网(SA)和非独立组网(NSA)
4 回复

引用通告 & 通告

  1. […] LTE cat.1在物联网,安防中的应用 , 5G , 6G […]

  2. […] LTE cat.1在物联网,安防中的应用 , 5G , 6G […]

  3. […] 特别的,在不合适进行有线网络传输时候,考虑使用Wi-Fi或者4G,甚至5G进行传输。 […]

  4. […] 现在早已跨入5G时代,再来介绍4G/LTE似乎有点不合时宜。然而今年(2020年)年初,4G中的LTE cat.1突然热起来,尤其是其给物联网,安防视频带来全新的机会。海康 随之推出了很多4G的网络摄像机,仿佛后知后觉,4G网络视频监控的时代终于来了? […]

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谈笑有鸿儒,
往来无白丁。

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