【5G之道】第二十三章：5G无线接入

什么是5G：

第五代移动通信，一个无线连接平台；更广泛的新型用例实现连接；

数据速率：

提供更高的终端用户数据速率是5G的重要要求；
速率可以是当前技术可提供数据速率的10倍；

延迟：

5G中，期望1ms的量级上提供端到端等待时间的可能性；

提供非常低延迟的连接将是重要部分，能促进对等待时间重视的新无线应用；

提供这种低延迟的可能性应该被更多的看作是未来未知应用的启动器，而不是被认为是当前预想的应用所需要的元素；

1ms的端到端等待时间的要求意味着无线接入网络应当能够提供显著小于1ms等待时间；

极高的可靠性：

5G中，另一特性是实现具有极高可靠性的连接；

高可靠性与无线接入解决方案提供具有极低错误率的连接能力相关联；

还有在自然灾害情况下的保持连接能力；

具有非常长的电池寿命的低成本设备：

这样的应用需要具有极低能量消耗的设备，这样电池寿命能够维持几年，通常需要非常适中的数据速率，并且可以容忍长的时延；

网络能量效率：

另一个重要需求，显著提高网络能量效率；
操作网络所需的能量成本较高；

5G和IMT-2020：

与3G相关联的IMT-2000；
与4G相关联的IMT-Advanced；
与5G相关联的INT-2020；

IMT-2020的应用场景：

ITU-R定义了3种应用场景：
增强型移动宽带EMBB，包括热点和广域覆盖面，实现高数据速率、高用户密度和高容量的需求，强调移动性和无缝的用户体验；

超可靠和低延迟通信URLLC，旨在覆盖人和以机器为中心的通信，后者通常被称为关键的机器类型通信C-MTC；特点是用例对延迟、可靠性和高可用性有严格要求；

大规模机器类型通信M-MTC，这是一个以机器为中心的用例，主要特征提供非常高的连接密度，保持低成本的需求。

IMT-2020的能力：

定义了总共13种能力；其中8个是关键能力：
峰值数据速率、用户体验的数据速率、区域业务容量、频谱有效性、网络能量有效性、移动性、连接的密度、时延；

峰值数据速率，定义为理想条件下的最大可实现数据速率；
峰值数据速率=系统带宽x峰值频谱效率；
用户体验的数据速率，是在大多数用户在大部分覆盖区域上可以实现的数据速率；
频谱效率，每小区或者每单位无线电设备的每赫兹频谱的平均数据吞吐量；
区域业务容量，取决于频谱效率和可用带宽，网络的部署密度；
区域业务容量=频谱效率xBWxTRP密度；
网络能量效率，目标是IMT-2020无线接入网络的能耗不应大于现在部署的LTE网络；
上面五个是最重要的关键能力；

延迟，在无线网络中数据包从源发送到目的地接收之间的时间，将IMT-Advanced的延迟减少10倍；
移动性，移动速度的关键能力，目标为500km/h主要针对高速火车；
连接密度，每单位面积内连接和可访问设备的总数；

另外5个功能：
频谱和带宽灵活性、可靠性、恢复力、安全和隐私、运行寿命；

5G在区域和运营商中的研究：

5个主要挑战场景：
惊人的快，非常高的数据速率，意味着将交换非常大量的数据；
人群中的大服务，意味着挑战通信设备的高密度，以及高数据速率和大数据量；
无处不在的物理通信，侧重于MTC，物联网，电池寿命、成本以及大量设备本身将是挑战；
最好的体验跟随你，为完全移动的用户提供一致和可靠的高品质的用户体验；
超实时可靠的连接，针对机器对机器通信的场景，必须保证非常低的端到端延迟以及非常高的可靠性；

一对多的技术：网络切片：

网络切片，意味着利用虚拟化技术在同一物理基础设施和共同频谱池之上创建多个虚拟网络或网络切片；

从外部看，每个网络切片是具有子集的资源和自身能力的独立网络，对针对该网络切片对应的应用集合进行了优化；

扩展到高频段：

5G无线接入第一阶段预期支持在频谱高达大约30GHz的操作，进入毫米波范围，后续直到60-70GHz，甚至更远；

由于非常高的传播损耗和有限覆盖范围，特别是超过10GHz的高频带不适合移动通信；原因：天线配置的尺寸随波长变短而变小，意味着在较高频带中有效天线的面积会小很多，捕获的接收能量有损失；波长变短，相同的天线面积能够在接收机侧实现更广泛的接收机侧波束成形或者等效的更高的有效天线增益；

移动通信严重依赖于衍射，使得能够在非视距内时实现连接；

严重影响高频率传播因素：建筑物穿透、大气衰减、雨衰、叶片衰减和身体损失；

低频带是5G的移动通信主干；

授权的与未授权的频谱：

5G无线接入技术支持授权和未授权频谱的操作；
授权频谱是主干网络；
未授权频谱是提供额外容量和在干扰条件允许时实现更高数据速率的重要补充；

LTE的演进与新5G技术：

能够通过LTE的演进提供5G应用和使用场景，好处是可以在现有频谱内提供这些应用和用例的同时仍然支持该频谱中的传统设备；

5G初始部署频段：

WRC-15确定了一组6GHz一下的频带；WRC-15还确定了一组10GHz以上的频带；

主要在两个频率范围上讨论：
3.3-4.2GHz和4.4-4.99GHz范围内的频率；
24.25-29.5GHz范围内的频率；

5G技术规范：

技术规范由3GPP进行；

3GPP决定了5G规范的分阶段方法：

第一阶段功能有限，但可以满足2018有可用的技术规范的愿望，在2020商业运行；

第二阶段将满足所有IMT-2020要求，并在2020年及时未ITU-R提供规范。

3GPP不仅依靠ITU-R来开发新的5G无线接入技术的需求，3GPP基于来自所有3GPP成员的投入来开发其自己的5G需求；

3GPP的需求必须包括ITU-R的需求；

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