5G关键技术（共10篇）
5G关键技术 篇1
1 前言
随着互联网技术突飞猛进的发展, 移动互联网的更高速、更便捷、更便宜成为人们追求的目标。因此全球对于第五代移动通信技术 (5G) 的研发正逐步升温。4G最高可以达到100Mbps的上网速率, 而5G可达到1Gbps。与4G相比, 5G网络更能满足人们对高传输速率的要求。同时, 第五代移动通信网络在传输过程中还体现出短时延、低功耗、高可靠等特点。目前全球很多国家都已经开展了5G研发, 在前不久结束的世界移动通信大会上中国以及其他国家共19家通信运营商和多家通信设备厂也都加入研究5G网络的队伍[1], 全球5G市场正逐渐开启。
2 第五代移动通信进展概述
对于第五代移动通信技术, 目前业界尚无清晰而明确的定义。2015年2月11日, IMT-2020 (5G) 推进组在北京召开的5G概念白皮书发布会中, 宣布迫切需要尽快制定全球统一的5G标准以及确定统一的5G概念。根据5G关键能力与核心技术, 第五代移动通信技术的概念由标志性能指标和一组核心关键技术来共同定义。其中Gbps用户体验速率为标志性能指标, 一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构[2]。
2.1 主要性能指标
可以用以下几个主要的性能指标来描述5G。
(1) 数据速率将不少于1Gbps最是基本要求
目前4G/LTE的传输速率达到100Mbps, 而5G的速率将会达到每秒1Gbps。如果用4G网络下载一个视频耗时1分钟, 则5G下载一部高清画质视频只需1秒钟。如果利用手机或平板上在线观看4k视频或将来的8k视频, 5G下行速度为其提供了保障。
(2) 特大的通信容量
在每平方公里的地理范围内, 无线移动宽带系统的容量比目前4G/LTE增长1000倍, 平均每平方公里地理范围内的连接数将不小于一百万个。
(3) 无线延迟时间要求小于一毫秒
两部手机连接的时间在3G网络下为500ms, 而4G网络则需要50ms。然而多数瞬时无线应用的时间延迟不能多于一毫秒, 比如5G的应用于无人驾驶、汽车行驶中时, 当向无人驾驶发送紧急指令时, 延迟时间如果多一毫秒, 可能就会有危险。因此未来的网路延迟时间应小于一毫秒[3]。
(4) 可支持的最大移动速度为500 km/h
4G支持的最大移动速率为350km/h, 当以每小时500公里速度移动时, 5G服务可保证信号切换不中断。
2.2 5G发展现状
从通信业的发展轨迹看, 网络换代的时间越来越短。1G、2G、3G、4G的更换间隔时间分别为为12年、10年、8年, 而从4G到5G, 预计只有6年。目前世界上许多发达国家已开展5G的研究工作并制定了相应的研究和发展推进计划, 中国、韩国、日本、美国、欧盟都在投入大量资源研发第五代移动通信网络, 同时在这两年内世界各国也就5G进行广泛的研讨。5G研发进展飞快, 且多个国家对5G的研究都初见成效。
欧盟于2014年1月正式推出“5G PPP” (5G PublicPrivate Partnership) 计划, 预投入数十亿欧元开发5G技术, 并在2022年正式投入运营。三星电子有限公司在2013年已成功开发5G核心技术, 并宣布预计将于2020年开始推广商用。韩国科学和未来规划部在2014年1月宣布建立“未来通信产业发展战略”, 预算1.6万万亿韩元用于5G的研究, 希望在2018年平昌奥运会上首次试演5G应用。日本于2013年10月创建了5G研究组, 该研究组已经对5G网络进行了初步探讨。2014年5月8日, 日本多个运营商共同合作, 开始测试高速5G网络, 并预计在2020年开始运作。美国Verizon无线公司在2015年9月7日宣布, 将从明年开始试用第五代移动通信网络, 两年后在美国部分城市进行商用[4]。
2015年9月28日, 第五次中欧经贸高层对话会上, 我国与欧盟在第五代移动通信网络领域签署战略合作协议。会议再次强调于2020年实现5G网络商用的目标, 再次推动了5G技术的发展。中国的5G研究的时间推进表中表示, 在明年启动第五代移动通信技术的标准研究, 预计在三年内完成第一个版本的标准, 把商业应用的起步时间确定为2020年。中国移动、华为、大唐电信、中兴通讯等企业现正投入大量的精力研发5G技术标准。
3 5G网路前景分析
3.1 5G在我国前景
虽然目前5G还处在实验阶段, 真正商用还要经过几年的时间, 但是5G已经成为ICT领域的热点名词。我国在通信技术标准领域经历了第一代空白、第二代跟随、第三代突破、第四代同步、第五代力争取得主导地位的加速发展。3G、4G时代呈现出标准之争的局面在5G情况下是不会出现的, 5G技术标准将实现全球统一。我国移动通信技术已经取得一定成绩, 在5G国际标准的制定工作中也起到重要作用, 需要我国企业在5G网络方面进一步发力, 争取中国5G标准能成为世界5G标准。
3.2 5G三大空口技术
第三代移动通信的空口技术是CDMA, 第四代移动通信的空口技术是OFDM, 而当进入第五代移动通信时代时, 应用更加繁荣, 对空口技术要求也更加灵活, 因此空口技术的复杂多样性和应变能力变得尤为重要。一个空口必须满足超高清视频要求的每秒1G的带宽、无人驾驶要求的小于1毫秒时延、每平方公里物联网传感器几十万的连接数等业务。 而滤波正交波形频分复用 ( Filtered OFDM, F-OFDM) 与稀疏码多址技术 ( Sparse Code Multiple Access, SCMA) 可作为第五代无线通信技术动态空口的基础。
(1) F-OFDM无线通信的基础波形技术
F-OFDM是基于子带滤波的OFDM, 能够满足5G需求的波形技术。其能满足5G原理是首先先将系统带宽划分若干子带, 通过优化滤波器, 把不同带宽的子波之间的保护频带做到一个子波带宽, 每种子带根据业务需求配置不同的波形参数。支持空口参数配置自动适应5G不同业务。
(2) SCMA无线通信的稀疏码多址接入技术
通过F-OFDM已经实现了在频域和时域的资源复用, 为了进一步提高频谱效率, 还可以通过空域和码域的复用来改进。SCMA有两个关键技术:第一个是低密度扩频, 即把单个子载波扩频成4个子载波, 然后这4个子载波由6个用户共享, 用户数据只占用了其中2个子载波, 剩余2个空子载波。这就是SCMA中Sparse (稀疏) 的含义。第二个关键技术是高维调制, 传统的波形调制只有幅度和相位两维, 同样, 高维调制技术调制的也是相位和幅度, 但是最终使多用户的星座点之间欧氏距离拉得更远, 大大提高了用户的解调和抗干扰性能。每个用户使用高维调制的数据稀疏码本, 而每个用户的码本系统有记录, 这样在不正交的情况下, 就可以把不同用户最终解调出来。SCMA通过引入码域的多址, 调整了稀疏度, 并提高了频谱效率, 最终频谱效率可以提升多倍。
(3) Polar Code高性能纠错码技术
信道编码技术的主要目的是能够可靠的传递数字信号。信道编码技术是在发送信息序列的同时增加额外的校验比特, 并在收端采用一定的译码技术, 使传输过程中产生的差错以较高的概率进行纠正, 从而正确接收发送的信息。过去所采用的多种纠错码技术如RS码、卷积码、Turbo码等都未能达到香农极限。在2008首次提出的极化码是第一种能够被严格证明可达到信道容量的信道编码方法。Polar码具有简单明确的编码及译码算法, 所能达到的纠错性已经远远超过Turbo码、LDPC码[5]。
3.3 5G未来应用
5G的应用不仅仅是上网、打电话, 还可以实现万物互联、各行各业的信息相互结合。如智慧城市、智能交通、工业自动化等等, 这意味着5G标准不仅仅只与移动通信行业有关。人们通过高科技可以达到“所想即所得”的水平。农民不需要到田里, 只需打开手机通过田间摄像头就可以随时查看农作物病害和虫害信息以及田间水量和养分等情况。如果农民种植过程中遇到问题, 可以把田间的情况通过发送视频给远方专家, 直接等待回复。当在用手机看足球比赛的直播时, 赛场周围安装了大量高清摄像头, 视频信号通过5G网络从遥远的球场瞬间传到手机或平板上, 只需用手指随意划动屏幕, 画面就会随着手指的移动而发生变化, 就可以享受观看全方位的比赛。
3.4 5G面临问题
5G虽然在未来几年就会被商用, 但仍有许多问题有待解决。
(1) 5G网络的主要问题依然是技术问题
目前的4G网络的技术仍存在着许多问题, 如果问题不解决势必影响5G的普及。比如信号受障碍物影响较大, 在偏远的山区网络还未普及, 在地铁站、地下室、图书馆以及火车车厢等人群密集的场所, 存在覆盖不到或信号差等问题。
(2) 手机存储读写速度问题
人们很容易忽视掉现有的手机存储芯片的写入速度根本无法达到5G网络需要的速度, 即使5G网络被商用, 也会因为手机读写速度受到限制, 人们体验不到其在速度上的优势。
4 结束语
在移动互联网快速发展的时代, 5G将支持更打范围的信息服务互联和应用, 除个人消费业务外, 还可以满足更多的企业和社会需求。可以预测, 5G虚拟现实、5G智能车联网、远程遥控、紧急救援等领域, 将可借助5G技术得到推广。
摘要：阐述了5G的基本概念及其基本性能指标, 在现有移动互联网技术特点基础上, 结合市场需求, 探讨了5G在全球以及在我国的现状。通过对5G网络研究过程中所面临问题的分析, 指出了其在移动互联网技术方面具有的独特优势和在万物互联方面所具有的实用价值。
关键词：5G,移动通信,互联网
参考文献
[1]网优雇佣军.4G还没建完我们为什么需要5G[EB/OL].http://www.leiphone.com/news/201503/OEOz Rbc XBo7z Hb1n.html.2015-03-07.
[2]IMT-2020 (5G) 推进组.5G概念白皮书.2015-2.
[3]李远东.全球5G研发现状[EB/OL].[2014-11-17].http://www.hyqb.sh.cn/publish/portal0/tab131/info11403.htm.
[4]高芳, 赵志耘.全球5G研发现状概览[J].全球科技经济瞭望, 2014 (7) :59-61.
[5]深度解读华为5G空口新技术:F-OFDM和SCMA.电子产品世界:http://www.eepw.com.cn/article/271583.htm.2015-03-26.
5G关键技术 篇2
在移动通信技术发展历程中，每个阶段都展现了它独特的魅力，同时为人们的生活、工作带来了快捷、方便。为了满足移动通信的发展和人们的需求，移动通信也将不断在研究过程中进行完善，把最好的呈现给人们。目前为止，深受人们关注的即是在未来几年成为主要移动通信系统的5G移动通信。因此，5G移动通信的关键技术和发展趋势也同样成为人们所关注的内容。
15G移动通信的含义
在移动通信不断发展和完善的推动下，移动通信会更加的完善，而5G移动通信即是在当今社会广为流行的4G移动通信的相比下，5G移动通信是4G移动通信的升级版。5G移动通信的目标是使终端用户始终处于互联网状态。利用更加完善的.关键技术提升通信频率资源、系统吞吐率、系统智能化，加快了资源利用率、传输速率，并且提高了用户体验、传输时延，扩大了无线网络的覆盖面。在先进的无线移动技术的作用下，5G移动网络将发展成为自动化、智能化，使其拥有较高的通信系统性能，较低的营运成本等特点[1]。
5G关键技术 篇3
不过，现有的宣传多半是围绕这项技术的炒作。三星在去年5月宣布了称之为“5G”的1Gbps无线连接，当时备受关注。三星表示，会在2020年之前将这项功能添加到其量产的智能手机中。
欧盟委员会在去年12月底宣布了Horizon 2020计划，包括投入大约1.72亿美元用于5G研发；韩国联合通讯社宣布，韩国政府将斥资4.75亿美元开发覆盖全国的5G网络，预计到2020年完成。这两项计划都提到了5G技术带来的变革影响和显著的经济效益。
可问题是，没有人似乎就5G这个术语到底是什么意思达成共识。知名研究公司IDC的调研经理萨斯亚·阿特雷亚姆（Sathya Atreyam）表示，眼下，5G成了流行语。
他说：“目前有多家厂商声称他们在5G研究方面投入了大量资金，但他们都投资于5G的不同方面有的厂商侧重于提高数据速度，有的厂商专注于扩大覆盖范围。”阿特雷亚姆补充说：“这让我想起了一个经常听到的故事。6个盲人摸象，对大象给出了各自的定义。每个人说的没错，但只是说对了一方面。”
国际电信联盟（ITU）、电气和电子工程师协会以及第三代合作伙伴项目等标准组织都在密切关注这方面的技术发展。ITU已在2012年1月正式确认了IMT-Advanced标准，不过它没有使用5G这个术语描述相关技术，其中包括成功的LTE和不大成功的WiMAX的下一代技术。
5G的神奇之处
那么，5G技术实际上可能会是什么样子？现在还不确定，但一些专家认为，现在有一些线索可循。影响5G和其他未来进展的一个关键因素是，有限的可用频谱资源。
无线信号在600MHz到3GHz之间的频谱上传输效果最好。在低于600MHz的频率，波长太大，接收天线的尺寸变得“问题重重”，比如说比较老的VHF便携式电视装有长长的伸缩天线。在高于3GHz的频率，信号开始迅速消散，变得更加定向，因而有效覆盖范围比较小。
这意味着，我们必须在可用频谱方面另辟蹊径。将来会出现的一个办法就是，使用小型蜂窝小区（cell），它提供的地域覆盖范围不如大型蜂窝小区来得广泛。这可能出人意料，不过某个区域可以由一个大型蜂窝小区来覆盖，也可以由多个小型蜂窝小区来覆盖。
这其实是我们想要做的，因为我们没有得到任何更多的频谱，但考虑到各蜂窝小区之间隔着一段距离，我们可以重复使用频谱；换句话说，同时多次使用频谱。
除了频谱资源匮乏外，在任何特定的时间可以将多少数据塞入到频谱的某一段也存在着限制，这个概念叫作频谱效率（spectral efficiency）。一些变通办法已设法大幅提高了频谱效率，提高到了令人惊讶的地步。
下一代技术的愿望清单
无论最终问世的5G技术其性质如何，IDC的阿特雷亚姆表示，几项功能将至关重要。不仅仅是速度提升，不过这显然是项基本的功能。
为了最终用户的功能和网络本身的正常运行，自动化可能是5G的主要功能之一。内置智能可以用来提供位置感知服务，检测到主人晚上下班回家，就自动打开家里的空调系统；哪个设备离主人比较近，就将电话转到该设备上；内置智能还可以用来提供自我配置功能，以获得最高的性能和可靠性。
阿特雷亚姆说：“你需要一个能处理海量信号信息的网络，因为网络需要知道如何找到你，如何获得你需要的信息所以在后台进行大量的信号传递过程。”这种程度的灵活性将是5G的一个重要部分，提供许多方便的功能。
他说：“你可能会做出突如其来的举动，比如传输途中更换频率，”他还提到了根据需求，使用可变量带宽的功能。
要有耐心
5G方面可以确定的一点是，一段时间内我们不会在市面上看到5G。大多数消息人士一致认为，具有5G功能的产品最可能在2025年左右出现在零售市场。
此外，大家还就5G应该大体上实现什么任务达成了共识，包括频谱资源方面的限制和所谓的物联网带来的挑战，5G的灵活性和智能应该类似于云计算。
据IDG新闻服务公司声称，南德劳尔说：“不同的应用程序实际上会通过不同的技术，获得网络的不同部分资源。”
值得翘首以待
对企业而言好消息是，这项技术没必要马上加以应对，不用急着上马。此外，未来一片希望。
对企业来说，最终的关键是降低通信成本，让通信变得更可靠、更无处不在，不大需要为其他问题而操心。坦率地说，从最终用户的角度来看，为什么非要为从广域网切换到本地网而操心？
但尽管厂商暗示5G会出现，这项技术应该有什么样的功能方面达成了广泛共识，但具体细节还少得可怜，而且存在很大的变数。现在推测可能会出现什么样的新用途或新行为，还为时过早。看来，惟有时间才会告诉一切。
-罗彤
5G网络感知质量关键技术研究 篇4
区别于现有以系统为中心的网络,第五代移动通信(5G)网络将以用户为中心评估网络性能、执行网络操作[1]。ITU-T在Rec.P.10(G.100)将Qo E(Quality of Experience)定义为“由终端用户主观感知的接受一个应用/服务的整体程度”[2],该定义适用于当前所有的通信网络。面对用户个性化、服务差异化,事实上不同的服务或用户情况下有不同的Qo E需求。并且终端用户本身对Qo E的需求也不是真的一致。例如他们的先验知识和期望和当前使用的内容对他们的Qo E需求有很强的影响。当前在LTE(Long-Term Evolution)中定义并执行的Qo S(Quality of Service)不足以实施精细粒度的区分,这些只能通过采用基于Qo E的网络和应用管理方法才能得到有效解决[1]。因此,Qo E关键技术研究是5G网络的核心问题之一。
5G网络环境中应用/服务有以下特点:(1)随着数量巨大的与用户和网络相关的业务随时涌入,数据主体正从结构化、非实时数据向非结构、实时数据转变[1];(2)在时变的信道中,提供连贯、透明、个性化、有区分、感知用户体验的服务[3];(3)不仅针对任何人、任何地点、任何时间提供严格的峰值数据速率,还能基于对终端用户和服务需求的理解执行更有意义、有弹性和个性化的网络管理;(4)网络多媒体在业务类型和数据容量上都得到了快速发展,相关计算从以系统为中心向以人为中心转变,面临着压缩、存储、传输等挑战[4]。
鉴于上述5G网络环境特点,Qo E问题的研究面临以下挑战:(1)数据来源于不同终端,存在非结构化、异构等特点[5];(2)低水平特征和高水平语义之间存在较大的差异,且一些多媒体数据也随着时间和空间演化;(3)实时性要求较高;(4)数据容量巨大;(5)计算规模较大[6];(6)Qo E构建的复杂度较大。
为了更好地面对5G网络中用户多样化、服务区分精细化(即使同种业务类型其需求也存在巨大变化)的挑战,5G网络环境中网络设计需要从用户的角度评估网络应用/服务的性能,研究人员也正积极探索将Qo E有效整合到5G网络环境中[1]。本文针对5G网络环境特点着重介绍目前提出的与Qo E相关的各种关键技术,并给出未来发展方向,希望起到抛砖引玉的作用。
1 Qo E关键技术
Qo E作为研究热点已取得了一定进展[7,8],已有相关文献给出了面向Qo E的切换策略[9]、移动管理技术、网络及电源资源使用优化技术、质量波动管理和Qo E评估技术[10,11]。下面我们将就目前Qo E关键技术做一下介绍。
1.1 Qo E驱动的移动管理技术
文献[11]针对D2D(Device-to-Device)通信Qo E管理提出了一种Qo E驱动架构。D2D通信会成为未来移动通信不可分割的一部分,目前相关标准正在制定,将成为5G中的新特色。文献[12]给出了Qo E在改善现有网络移动管理层面的应用,将监听和传统评估结合起来驱动移动管理。文献[13]分析了5G网络环境下Over-The-Top(OTT)服务(通过在尽力而为的网络上传输例如You Tube、Netflix、Hulu和别的基于Web的视频业务)Qo E因素特点,以增强用户OTT服务感知质量和提高网络效率为目标,提出了Qo E驱动的无线资源管理和优化方法,描述了一个框架和Qo E评估完整的实施步骤,以获得准确的用户体验值,同时改善网络效率,优化用户体验。
1.2 面向Qo E的切换策略
针对聚集异构无线网络环境,通过面向Qo E的映射、视频质量评估和自适应,文献[14]扩展了MIH/IEEE 802.21,提出Qo E切换架构,该架构允许多媒体背景下的用户在IEEE 802.11e和IEEE802.16e网络环境中一直保持连接,允许面向Qo E无缝移动和优化。在该场景中,Qo EHand代理、无线节点和基站/接入点一起被执行。Qo EHand代理通过执行基于聚类的多人工神经网络评估视频质量水平,这是通过将视频特征和网络损坏映射到相应的Mo S值实现。此外,依据IEEE 802.11e或IEEE801.16 Qo S模型,Qo E映射机制将业务要求和用户体验映射到可用的无线服务类,并针对Qo S模型存在的异构问题给出优化方案。
1.3 资源使用优化技术
5G中的资源管理应该从Qo S域向Qo E域过度,需要设计新的跨层方法,这些调度方法应该优化网络和应用层的状态[2]。文献[15]提出了一种动态优化Qo E自适应路由协议,提高用户体验、优化网络资源利用。借助提高用户协作的正式工具--博弈论(Game Theory),针对终端移动性和不完美的信道评估,文献[16]基于最小Qo E需求的最大化,提出合作无线资源管理算法,以提高资源效率和频谱效率。文献[17]提出一种面向Qo E跨层无线资源分配算法,解决的是异构OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)系统下行链路资源分配问题,目标是系统中的每个用户提供Qo E保证。此算法是通过将应用层参数和主观用户对于质量的感知整合到无线资源的分配过程。文献[18]将Qo E引入异构网络水平Qo S类映射方案中,已增强映射的灵活性提高网络资源利用效率。
1.4 质量波动管理
现有的研究Qo S和Qo E之间量化关系的模型,均建立在参数的平均值上。依赖于平均值是这类模型的根本限制,这种认为给定时间段内用户Qo E由平均激励而不是瞬时行为决定的假定,已经被近期的研究表明是错误的。用新的业务管理策略、业务整形、网络度量等机制避免Qo E质量的波动[2]。
目前对几种业务用户感知质量的研究仅有少数经验性结论,针对无线网络环境中3D多媒体业务传输,提出了一种统计分析方法,研究3D实时流媒体的业务属性和用户Qo E之间的关系。移动网络环境下网络性能易变是正常的,但单一带宽中断(如在不同基站切换期间)时对业务Qo E的影响这样的基本现象目前还缺乏研究,缺少有效的波动模型和网络性能指示以表示网络质量变化对Qo E的影响,文献[19]研究了网络带宽波动及对Qo E的影响。
1.5 Qo E评估技术
Qo E评估技术是基于Qo E相关技术的核心[6],目前主要分为客观评估技术、主观评估技术和数据驱动评估技术,如表1所示。
客观评估技术通常是在实验室环境下直接征求用户所给出的MOS、DMOS等评估值。该类测试虽然客观,但对实验环境有较高的要求,测试成本较高(时间、人工和经费)、由于实验环境及实验数据类型有局限性,准确度较低、不能用于实时Qo E的评估,且一些因素之间的联系在真实环境中不会发生。
主观评估技术主要通过对影响用户感知质量的相关参数建模,然后将模型输出结果和客观测试结果进行对比。有3类模型:(1)基于视觉模型和信号驱动模型,前者主要基于HVS(Human Visual System)如何接收和处理视频信号的信息,后者基于抽取和分析特定的业务模式和特征;(2)基于参考分类方法,取决于是否需要源业务作为参考;(3)基于输入数据分类方法,根据输入数据的类型分类建模。该类评估方法依然依赖客观测试结果训练模型参数,依赖于原始视频,也不能满足实时性需要。存在的不足如下:(1)对HVS和业务缺乏做够的知识,采用的是低层次的特征和属性,这对于高水平建模是不完全的;(2)不能处理图片的几何变化带来的影响;(3)原图片很难获得;(4)参数之间的相互影响缺乏深入研究;(5)其性能的证实需要客观获得的MOS值,依赖于客观测试方法。
数据驱动评估技术是最新的研究方法,有如下两种发展趋势:(1)用人工干预对Qo E维度进行量化和测量,这些测度包括观看时间、观看视频数目、返回概率、表情、拖动时间、连接次数、观看视频时间和视频时长的百分比等;(2)从小规模的实验室试验到大规模的数据挖掘,这种方法得到的模型较复杂,具有较大计算复杂度,但比来源于小规模数据的效果好(有可能在大规模在线Qo E评估时不如简单模型)。由于大部分时间有大量的因素影响用户质量的评估,所以Qo E评估是个相当复杂的问题。这些影响因素包括人的因素、系统因素、设备相关因素、媒体相关因素等[10]。因此发展基于大数据的轻量级、有效、可靠的Qo E预测模型是未来的发展方向之一。
Qo E数据驱动评估常用方法包括:(1)基于相关性和线性表示的分析,包括Qo E-Qo S Kendall相关性分析、信息增益分析和基于曲线拟合的线性表示,上述研究表明,特定的Qo S特征对某一种业务具有较高影响,但对另一种类型业务影响较低,换句话说,Qo S特征的影响是与上下文环境相关的,Qo S和Qo E之间的关系是非单调的。仅依赖该类方法不能解决Qo S和Qo E之间的非单调关系、Qo S参数之间的相互依赖性和外部因素操作等情况;(2)基于决策树的Qo E预测模型,该类方法首先完成数据收集和修剪、建立仅针对Qo S的决策树、外部因素识别,然后修正决策树,最后将方法用于面向Qo E的内容分发网络和比特率选择。该方法选择的Qo E指标为观看时间比率,选择的Qo S指标是启动延迟、缓冲事件和平均比特率,同时考虑了视频类型是实时还是离线,该类方法克服了基于相关性和线性表示的分析方法存在的不足;(3)基于准实验设计的Qo S-Qo E因果关系分析,该方法在受控的环境中,首先建立Qo S测度对Qo E测度没有影响的无效假设,然后匹配处理的和未处理的观察者,接着计算匹配对的得分并累加得分,最后进行显著性检验。但该方法仅能用于证实Qo S-Qo E因果关系,不能给出量化关系,所以不能用于Qo E评估。
2 一种网络多媒体业务Qo E保证方案
随着网络多媒体业务的飞速发展,每天都产生数量巨大的多媒体数据。这些数据潜藏着很多有价值的信息,推动着Qo E数据驱动评估技术的发展。为了更深入了解不同因素对Qo E的影响,给出一个典型的网络业务会话过程示意图如图1所示。
图1中从业务生成到终端用户的每一步都可能引入失真和损坏,从而影响用户感知的质量。源端业务类型、量化误差及包括形状等影响视觉系统的时空特征、视频长度(与短视频相比,用户对长视频更有耐心);发送端编码压缩技术导致的信息丢失、编码设备的比特率(不是越高越好,频繁的速率变换也会降低Qo E)、帧率(人类视觉系统一般可以分析10~12帧/s,帧率不中断的阈值还受到内容(如运动)和显示(如亮度)的影响)等都会影响用户质量。文献[20]研究表明帧率对Qo E的影响取决于视频内容的时空特征;传输模块对于电视广播网络主要是显示分辨率的区别,如标清网络电视、增强型网络电视、高清网络电视和超清网络电视。对于IP网络和无线网络(包括蜂窝网/移动网络,WLAN、无线传感网和车载网),网络环境对Qo E有较大影响。主要影响因素有包丢失、延迟、抖动、带宽等。需要注意的是缓冲和重发机制一定程度上可以纠正上述因素的不利影响;接收端设备尺寸、分辨率、显示形状、缓冲区设置大小、解码及解压缩带来的影响等;终端用户人口结构(包括年龄、性别、种族、职业、国籍、教育水平、经济收入等)、耐心、视频受欢迎程度(用户对受欢迎的视频容忍度更高)、时机(用户处于休闲状态还是紧张工作状态,网络处于高峰期还是空闲期)。
在数据驱动Qo E评估方法中,常用的度量如下:(1)业务水平度量:业务放弃、业务终止、业务失败、业务完成、每个业务实际完成时间、业务放弃比率、暂停、快进、倒回、分辨率调整及显示屏大小调整等;(2)用户水平度量:特定网站特定时间用户实时的业务量(对应于视频,就是视频剪辑数)、访问特定网站用户实施业务的全部时间(对于视频就是观看的全部时间)、用户回访比率(特定时间内用户再次访问相同网站的比率,该指标表明用户将来访问该网站的可能性)、用户对业务的评定等级等;(3)Qo S指标:启动延时(或加入时间)、缓冲、缓冲时间占全部观看时间的比率、缓冲次数、平均比特率、缓冲延迟、业务失败次数、表达质量等。
可见5G网络环境中保证用户Qo E是个相当复杂的问题,这需要给出一个方案,兼顾Qo E评估、传输和网络控制之间影响。基于文献[6],这里给出一种网络多媒体业务Qo E保证方案。
2.1 优化跨层业务传输
基于Qo E测度完成MAC/PHY水平的优化,这对于带宽有限、信道质量不稳定的无线网络业务分发很重要。首先设计可给出可靠结果的Qo E预测模型,该模型可在线执行、具有实时反馈的能力,在设定输入的情况下,依据Qo E预测模型实时给出的可靠的预测结果,自适应调整相应的优化策略,以改善用户Qo E。然后在时间尺度和应用水平上逐步调整源业务。为了克服信道条件的快速变化,这里可以利用物理层水平的聚集信息,物理层水平链路调整用相对粗粒度的应用层水平信息。
2.2 面向Qo E的拥塞控制
可依据业务特点设计对业务友好的拥塞控制机制,克服由于TCP协议丢包策略、“加性增,乘性减”算法和基于Qo S控制导致的较长延迟。可优化拥塞窗口大小以最大化Qo E远期期望。考虑失真和每个包延迟截止时间的影响,设计在线实时学习算法完成对于MOS值的实时评估。也可以不修改TCP协议,将延迟问题交给业务传输处理。
2.3 优化网络业务传输
由于受到噪声、干扰、多径和用户/设备移动等影响,5G网络环境下信道条件处于变化之中。因此需要考虑信道快速变化对业务质量的影响,特别是用户对短时的较差质量很敏感,需要设计干扰管理机制减少干扰能量,设计干扰整形机制平滑突发干扰的影响。设计更为有效的面向Qo E实时接入控制机制管理多用户的竞争,研究面向Qo E的高效资源分配策略,向多用户提供频率、发送时间、带宽等资源的灵活分配方案。设计更灵活的面向Qo E的业务分发协议,提高分发效率。
2.4 设计媒体播放器缓存
结合启动延迟、重新缓冲时间和用户特点等因素,设计缓冲大小。要注意到缓冲尺寸偏大会导致较长的启动延迟,因为在播放器启动以前必须下载更多的数据。播放器工作期间,尽量降低重新缓冲的次数。此外,要考虑到用户的行为特点,许多用户在业务全部完成以前会停止业务,导致下载的很多数据无用,也造成带宽资源的巨大浪费。因此,有必要针对用户预测业务片段,避免传输过度数据。
3 未来的发展方向
未来的发展方向如下:
(1)基于数据驱动Qo E研究。随着网络环境、业务和用户期望随着时间而改变,Qo S特征和外部因素也不断演化,新的特征也可能不断涌现,应该考虑选择新的维度以表示Qo E,进一步对用户的网络多媒体业务期望展开研究理论,抽取对用户Qo E有益的重要Qo S和外部因素,取得较好的可刻画Qo S-Qo E之间复杂关系的表示模型,已获得更为准确的开发分析工具。此外,由于目前尚缺乏用于用户Qo E研究的标准的数据库,有必要建立数据库以对Qo E展开深入研究;
(2)面向Qo E的视频发送优化。目前多数的业务发送优化是面向Qo S的,而面向Qo E的发送优化有很大的不同,需要考虑当多用户共享有瓶颈的链路时,由于不同的用户有不同的Qo E期望,应该基于用户对Qo E的敏感度设计面向Qo E的多用户业务调度方法。一旦Qo E衰减被监测到,其导致的原因应该被识别。所有的管理策略应该基于对Qo S-Qo E之间关系的全面理解;
(3)Qo E评估紧急技术,新的网络环境和新涌现的业务,导致会出现不同的情况,比如3D视频的特征不同于传统的2D视频,此外还有交互视频、超清视频、移动网络、传感网、车载网等新传输网络;
(4)基于Qo E的互联网视频经济。对于业务内容提供商、内容分发网络运营商、互联网服务运营商和媒体播放器设计者出于经济因素考虑,采用预订、广告支持等也在影响着互联网业务的发展,需要建立支持嵌入广告、预订等因素的经济收益模型;
(5)大数据分析:可以从很多内部的结构化数据、外部的半结构化和非结构化数据中获得更多个性化的建议。此外,从网络的视角,大数据允许以更智能化的方式配置系统,这反过来转化为更好的Qo E。总而言之,大数据使网络无意识操作降低、智能性增强,能够基于先验知识作出对不远的将来有益的决策;
(6)软件定义网络SDN(Software Defined Networking):弹性、可扩展性和面向服务的管理是5G架构发展的主要驱动力。SDN可能是Qo E管理和保证功能的重要技术,通过创建一个虚拟的网络基础设施控制平面,基于提供各自的编程指令动态施加管理决策以影响网络节点。通过SDN控制Qo E的主要益处是:是一种软件的方式、统一、低复杂性、低成本及配置可调。
4 结束语
目前,5G网络的研究还在起步阶段,Qo E是研究热点之一,相关Qo E关键技术也在探索之中。面对5G网络环境下用户多样化、每种服务类型需求变化巨大的新特点,如何将Qo E整合到5G网络环境中,如何以用户为中心进行网络设计,体现以Qo E为中心的本质属性,已吸引越来越多的研究人员和相关国际组织的关注,相关成果也陆续发表。作为5G核心特征Qo E面向用户,其能满足用户更个性化的需求,也必能推动移动通信相关技术得到进一步发展。
摘要：第五代移动通信(5G)网络需要满足用户个性化、业务区分精细化的发展要求,要以用户为中心评估网络性能、执行网络操作。因此研究面向Qo E(Quality of Experience)的关键技术有利于推动5G的发展、也有利于促进新业务的发展。介绍了5G网络环境中应用/服务的基本特点,然后对现有的面向Qo E的切换策略、移动管理技术、网络及电源资源使用优化技术、质量波动管理和Qo E评估技术进行综述,重点提出了一种网络多媒体业务Qo E保证方案,并给出了今后的研究方向。
5G WiFi无线连接技术解析 篇5
不过随着人们对无线连接的速度、稳定性等方面的要求越来越高，更高频段的 5GHz WiFi便应运而生。我们日常所说的5G WiFi便是运行在5GHz频段第五代的无线WiFi连接，与我们所说的3G、4G通信技术是风牛马不相及的。
除了对5G WiFi进行解析之外，我们文章后部分也进行了连接的传输测试，提供一系列数据供消费者直观感受，从结果来看，只要网络路由和网速没有成为瓶颈的情况下，工作在5GHz频段的WiFi要比2.4GHz频段的要快上50%以上，详细可以参考后部分的简单测试。
WiFi越来越拥挤
我们是否时常有感觉，在家里还好，如果在人流密集的公共场所，热点太少、网络拥堵、经常掉线、信号太弱，经常出现连接不上的情况。这就是现在非常拥挤的2.4GHz WiFi的存在状态，严重超载、干扰众多下成为其急需要解决的问题。
曾经尝试连不上公共的WiFi么?
如果把2.4GHz下的WiFi比作城市的信息传输公路，全球Wi-Fi网络面临着时时发生塞车的窘境。这里“奔跑”的是手机、平板、笔记本电脑、掌上 游戏机，还有各种各样的移动设备，众多的设备令2.4GHz频段的信道非常拥挤，相处经常发生干扰。
Wi-Fi联盟在9月做出统计，联盟成员企 业目前已经达到了450家，Wi-Fi全球用户超过10亿，具有Wi-Fi认证的产品发货总量已超20亿件，平均每年开发200万件产品，庞大的设备与混 乱的无线WiFi网络设计已经令传统频段的WiFi不堪重负。
设备增多 信道拥挤
目前全球最快的Wi-Fi传输速度仅为300Mbps，相当于每秒只能传输约36MB的内容。信息公路的拥挤首先便会减慢车速，因此传输速率必然会有所 下降，很难合格，如果仅仅是浏览一下网站或者收发邮件，当然这个是没有什么影响，但如果是要进行大流量的数据传输，包括高清视频、在线视频等，这就有可能 成为手机等移动设备与互联网之间带宽的瓶颈。因为这原本只是一条预计通行小轿车的公路，却忽然涌进了客车和大型货车，并且数量越来越多。
5G WiFi
5G Wi-Fi的诞生很好解决现在WiFi面临的问题，首先它运行在5GHz以上的高频段，带宽能提高到40MHz甚至80MHz或更高，传输速度最高提升到了1Gbps，每秒可以传输约125MB的内容。
5G Wi-Fi就是第五代Wi-Fi技术的简称。Wi-Fi技术诞生于，至今已经发展到了第五代。当年第一代Wi-Fi标准出现的时候，受到工艺和 成本的限制，芯片的工作频率只能固定在2.4GHz，最高传输速率只有2Mbps，相当于每秒只能传输约0.016MB的内容。
通信技术与WiFi发展历程
随后出现的802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等四个WiFi版本的标准，速度越来越快，现在我们普遍使用的是 802.11n的标准。比如推出的802.11n比之前的802.11g快了10倍，比更早的802.11b快50倍，覆盖的范围也更广。 WiFi芯片的传输速率越来越高，但直到802.11n初始还是运行在2.4GHz的频段上，因此速度仍然满足不了人们的需求。
真正5G WiFi
尽管较早之前便有手机的WiFi芯片支持双频(2.4GHz和5GHz)运行，但其采用的协议仍然是802.11n标准，没有采用最新的 802.11ac标准，并非真正意义上的5G WiFi，可以简单看作是运行5GHz频段上采用802.11n的WiFi，在性能有所打折。我们如果拿高速公路来比喻5GHz的WiFi频段，那么 802.11n标准会是奔驰汽车，而802.11ac标准会是更上一层楼，可以理解为跑车。
WiFi进化
真正的5G Wi-Fi是802.11ac，采用了工作在频率5GHz的芯片，能同时覆盖5GHz和2.4GHz两大频段。除了更快，它还能改善无线信号覆盖范围小的 问题，虽然5GHz比2.4GHz的衰减更强，难穿过障碍物，但由于覆盖范围更大，考虑到信号会产生折射，新标准反而会更容易使各个角落都能收到信号。
设备支持是关键
现在来看，支持工作在5GHz频段的手机并不是特别多，较为热门的有小米手机2A、三星Galaxy S4、HTC One与iPhone 5，可以预计将会有越来越多的国内外手机厂商推出新品之时会加入对5G WiFi的支持，其中博通已经在近期研发出支持5GHz频段的无线连接集成单芯片，5G WiFi大潮即将会到来，
设备更换成本暂时较高
虽然5G WiFi有众多优点，但市面上支持5G WiFi的路由器仍旧比较少，相对来说价格也会比较贵，这就为商户更换路由器设备增加成本。虽然我们很多时候在咖啡厅等地方，经常会遇到人多连接不上 WiFi或者连接不稳定的状态，只需要更换一台双频路由器应该可以解决，但是商户原来的路由器在还没有很大的刚性需求的时候，其显然并不会会花上比传统路 由器贵上100-300元的价格去更换。不过细想一下，如果在手持设备已经足够普的时候，你看见一间咖啡店标榜拥有5G WiFi连接，对你是否有吸引力呢?
优点一览
5G WiFi优点
1、解决网络拥堵
面对越来越复杂的使用需求，旧的技术标准变得捉襟见肘。5G Wi-Fi拥有更宽阔的信道选择，可以解决拥堵问题。
2、提升播放质量
视频流量的爆发性成长以及与日俱增的无线装置，加重了Wi-Fi网络负担，导致用户消费者在观看影片时很容易遇到播放不顺畅、影片下载时间冗长等问题。5G Wi-Fi每秒传输速度可达125M，让每秒下载速度约为30~45M的 传输不成问题。
3、更加节能
由于同一时间传送的内容更多，设备也能更快地进入低功率的省电模式。比如博通的5G Wi-Fi技术可让行动装置降低83%的耗电率，因此可延长装置的使用时间。
4、信号品质更好
目前2.4GHz频段Wi-Fi网络上已经严重拥挤，大量设备堆积在一个狭小的频段中很容易彼此干扰。国内5G频段使用较少，无线电干扰大为降低，信号 品质有极大提升。另外，虽然5GHz比2.4GHz更难直接绕过障碍物，但由于覆盖范围更大，考虑到信号会产生折射，新标准反而会更容易使各个角落都能收 到信号。将来伴随着5G Wi-Fi大量使用，手机透过Wi-Fi控制家中电视、冰箱、洗衣机才有可能成为现实。
附5G WiFi带宽速度测试
测试一：我们利用支持5G WiFi的手机分别单独进行频段的锁定，包括5GHz与2.4GHz，继而运行Speed Test，服务器选择广州进行五次速度测试，取平均值，以此来考察下载的速度。由于受到网络状况等因素影响，测试结果仅供参考。
从上图可以看出在2.4GHz的频段中，WiFi热点众多，而且单一信道里面拥有的热点数很多，造成拥堵;相比较2.4GHz频段，5GHz频段的信道更为宽阔，即使同一信道有众多热点，但是较宽的信道也能有着不错的网络表现。
测试结果显示在自动模式与5GHz频段模式下，下行速度要比2.4GHz频段要快50%以上，而上行速度都有接近30%的领先幅度。只要路由器能够支持 5GHz频段，自动模式下手机便会根据信号等情况智能调整，不需要用户参与。当路由器和网速不再成为传输速度瓶颈的时候，2.4GHz频段较为拥堵与干扰 众多，对于速度的影响还是挺大的。
测试二：我们采用iPerf软件测试，记录支持5GHz路由到手机的传输速度，测试采用思科Cisco企业路由器。
首先我们看到在办公室内，5GHz频段的信号比较优秀，因此自动模式与5GHz频段下速度都有很厉害的表现，接近100Mbps的传输速度;走廊位置， 信号有所减弱，速度下降不少，但仍然要比2.4GHz频段要快不少;公司室外的信号更加薄弱，速度再一步下降，但仍然有领先。
总结
5G关键技术 篇6
关键词：5G第五代通信系统,大规模分布式天线系统,超密集异构网络
1.4G通信网络的现状
目前,4G网络已在不同国家内被推广使用,涉及各个领域,但其具体开发的发展演变极其复杂,造成了4G网络在使用过程中的一些问题。
1.1协议标准
世界通信制式较为混乱。4G网络标准中的TD-LTE和FDD-LTE是无法兼容的,这种现状导致4G网络及相关的业务分为了两部分,会造成无法实现全球无缝漫游的不良的用户体验。
1.2核心技术
4G通信系统核心IP技术在实时定位与快速无缝切换机制两方面尚未得到有效的技术支持。现有4G系统基站配置天线的数目较少,空间分辨率低,性能增益仍然有限。
1.3传输容量
4G的通信系统容量具有局限性,大约为12.5MB/S的宽带速度,业务很大程度上受到了频率资源的限制,从而影响了移动终端设备的实际使用效果。
2.5G未来发展趋势
5G的核心理念是在4G基础上,使得无线移动通信的频谱效率和功率能够提升一个量级,从而解决移动通信的频谱和功率的有效性问题,整合4G协议标准比较混乱的现状。
为了适应未来不断增长的物联网业务的需求,5G需要具备低成本、低能耗和安全可靠的特点。其网络承载能力将是4G的1000倍,峰值的传输速率达到10Gbit/s,端到端时延达到ms级,流量密度将提升1000倍。频谱利用率提升5至10倍,确保在500km/h的速度下保证用户体验。5G组网的理念更加侧重于构建一个能够承载庞大的数据量并以此来提供多样化服务的网络社会。
3.5G的关键技术及进一步研究方向
为了满足未来的通信业务的需求,适应移动数据业务量密集化的趋势,5G在无线传输技术和网络技术方面将引入新的技术,例如大规模的天线系统和高密度的无线网络系统。
3.1大规模天线系统
大规模天线系统的基本特征是在基站的覆盖区域内,较原先的4G系统中的4/8根天线增加一个量级以上,配置数十根至数百根的天线。这些天线既可以以大规模的天线阵列的形式集中放置于小区内(大规模MIMO,Masssive MIMO),也可分散放置(大规模分布式MIMO,Large-scale Distributed MIMO)。
大规模MIMO和大规模分布式MIMO的目的是相同的,即通过显著增加基站侧配天线的数量,扩充无线空间的维度资源,以达到显著提升频谱效率和功率效率的目的。随着大规模天线技术的提出,随机矩阵理论被重新深入研究。由于在此系统中,用户数和天线数均为大规模增加,信道信息的获取就是系统实现的瓶颈之一,因此导频资源受限下的信息理论必须要考虑,同时,还需考虑信道估计对系统频谱效率的影响。其次,多小区多用户蜂窝移动通信系统容量的极限问题也不容回避。因为,系统级的容量是在多小区多用户容量分析的基础上,对整个蜂窝系统的容量评估,对系统设计具有重要的指导意义。
理想信道信息多天线系统的容量估计已日趋成熟,非理想信道信息将是未来间就多天线系统容量的一个重要方向。
3.2超密集异构网络
5G移动通信系统的正式使用会带来原先无线传输技术的整合和改善。因此,5G通信网会是一种新型的多种无线接入方式并存的通信系统,其中宏基站负责基础覆盖,高密度低功率节点(Small Cell)负责热点覆盖,站点部署密度将是现有密度的十倍以上,站点之间的距离可至10米以下,支持高达25000个用户/km2。组成这样的超密集网络(UDN),可以有效提升单位面积的频谱效率,缩小小区的同时进一步缩短了用户的传输链路,提升了功率效率。
由于异构网络采用减少节点之间的距离来提高频谱和功率效率,这将导致一些新的问题。例如,在5G网络中可能存在同一种无线接入技术之间的同频干扰,不同无线接入技术之间由于共享频谱而带来的干扰;随着基站站点的增加,小区边界更多,更不规则,切换将变得更为频繁和复杂,从而影响移动性性能。为了解决相关干扰带来的性能损伤,可进一步研究实现多种无线接入技术以及多覆盖层次之间的共存的技术。针对超密集网络场景发展,可研究新的切换算法。
4.结语
5G移动通信系统的整体架构是基于现有技术的一种演进,将现有的移动通信系统指标加以提升,并发展必要的无线接入技术,如大规模MIMO和超密集网络等。本文对5G移动通信系统的若干关键技术进行了评述,并指出了可预见的问题及进一步的研究方向。随着科学研究的不断深入,预计在2020年投入商用时,可以实现“万物互联”的状态。
参考文献
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[5]Nokia Siemens Networks.2020 Beyond4G Radio Evolution for the Gigabit Experience[OL].2011
5G关键技术 篇7
在当前科学技术不断发展的形势下, 移动通信技术已经从2G发展到3G, 并且当前4G移动通信技术也在大范围的推广和应用当中, 整个通信技术的发展历程也仅仅经历了几年的时间。放眼未来, 5G移动通信技术也即将走入到我们的生产和生活当中, 保持对新技术的持续关注和深入研究, 可以为我国社会经济的发展提供更加强大的科技动力。虽然我国对于5G移动通信技术已经开展了相关的研究工作, 但是其研究广度与深度还存在很大的不足。为了更好地迎接5G技术的到来与应用, 在开展移动通信技术研究的过程中, 要以前瞻的眼光来对5G移动通信发展趋势进行研究, 并且将对其中的关键技术进行全面的探究。
2 当前5G移动通信发展趋势
在未来的几年内, 5G技术是整个移动技术发展的重要方向, 并且在2020年之后, 5G通信技术会成为第五代移动通信系统。通过对于2G技术、3G技术以及4G技术的发展规律来看, 5G技术本身应该具有较强的利用能效和利用效率, 并且相对于现阶段所逐渐普及的4G技术来说, 其在信号的传输质量、安全性、时效性、覆盖能力都会具有进一步的提高, 并且能够给与用户更加良好的实际体验。5G技术与其他无线移动技术的应该具有更加深入的结合, 并且共同构造成先进的无线通信网络。在移动互联网应用需求不断增大的今天, 移动网络技术的发展也为5G技术的发展提供了良好的基础环境。在5G技术发展中, 5G技术本身的传输效率相对于现阶段的移动通信技术来说会有一个一个质的飞越。整体通信系统更加智能化, 并且可以满足海量数据的传输吞吐需求, 具有较为广泛的应用范围。5G技术可以更好地提高用户体验, 对于当前移动数据网络中存在的网络不稳定、资费高、传输速度慢等问题进行有效的解决。相对于2G技术、3G技术以及4G技术来说, 5G技术本身具有更加强大的性能指标。5G移动通信技术发展的过程中, 本身也可以促进整个移动网络的完善, 并且提高整体网络信号的覆盖程度, 更好地实现无线移动网络的构建需求。另外, 5G技术本身具有较强的灵活性, 可以根据不同运营商的管理需求, 对于网络资源进行动态的调整与合理的分配, 减少网络通信中的成本和能源消耗, 符合社会持续发展的需求。
在当前移动通信技术逐渐发展的重要变革时期, 5G技术的出现, 必将会对移动网络的发展造成巨大的影响和冲击。在未来5G技术应用的过程中, 整体网络传输质量、传输速度、吞吐率都将会得到较大的提升。伴随着网络通信环境的不断优化, 越来越多的移动业务会实现快速发展 (例如3D业务、游戏业务、虚拟交互业务等) , 这些新业务发展过程中, 移动网络能否有效地满足这些业务的基本需求, 则会成为衡量5G技术水平的关键。相对于传统移动通信技术来说, 5G技术基于传统通信技术中的点到点的物理传输上, 实现了多个用户、多个区域、多个天线、多个点的网络组建, 提高了整个移动网络平台架构的科学性和整体性能。由于5G技术本身具有较强的覆盖力, 可以真正的实现无死角的覆盖, 这可以更好地为各种新的无线互联业务提供环境支撑。目前, LTE接入网采用网络扁平化架构, 减小了系统时延, 降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RAN架构适于采用协同技术, 能够减小干扰, 降低功耗, 提升频谱效率, 同时便于实现动态使用的智能化组网, 集中处理有利于降低成本, 便于维护, 减少运营支出。另外, 5G技术本身具有较强的可配置性, 在网络运行的过程中, 运营商可以根据网络运行的具体压力情况, 对网络进行实时的调控, 从而达到充分利用网络资源, 减少能耗的目的。
3 5G移动通信发展中的几个关键技术
相比于2G技术、3G技术以及4G技术, 5G技术本身具有较强的技术复杂性, 并且其中所应用的关键技术具有较高的应用难度系数。例如, 多入多出技术、滤波器组多载波技术等都是其中的关键技术。
第一, 多入多出技术。多入多出技术又被称作MIMO, 是Multiple-Input Multiple-Outpu的缩写。这项技术具有较长的应用历史, 其主要通过采取多天线手法的方式来对信号传输的成本进行控制, 提高传输的速度和质量。在5G技术应用的过程中, 大规模多入多出技术的应用, 为整个网络的可靠性与传输速度的提高提供了良好的基础, 并且其应用范围也十分广泛。根据相关的理论分析可知, 保证足够多的天线数量, 可以有效地提高频谱效率和整个网络数据传输的可靠性。在大规模多入多出及数应用的过程中, 整个基站中需要对天线的数量进行足够的保证, 并且采取科学的形式进行配置。在无线信号被反射时, 信号会被分成多个单独的信号, 并且每一个信号都具有一个单独的空间留。通过多入多出技术的运用, 使得多个天线对空间流进行多个同时收发, 并且对于不同方位的信号可以进行有效的区分。同多入多出技术的运用, 整个空间资源可以得到充分的利用, 并且整个无限系统的信号覆盖范围也可以得到有效的增加。由于多用多出技术可以为信道提供足够的空间复用增益和分集增益, 多个天线的应用可以对信道的衰落进行有效的抑制, 并且配合并行数据流的传输方式, 有效地减少了传输过程中的误码率。第二, 滤波器组多载波技术。滤波器组多载波技术又被称作FBMC技术, 是Filter Bank based Multicarrier的缩写。其技术本身可以对于频谱效率问题、多径衰落问题进行有效的解决。FBMC技术具有较强的抗干扰能力, 对于一些高速率通信需求可以有效的满足, 并且保障信号的接收效果。作为新一代的核心技术, FBMC技术应用于无线通信系统中, 可以更好的适应新一代带宽的网络环境。但是, 在FBMC技术应用的过程中, 虽然为了提高整体通信性能, 采取了时域非矩形脉冲形式, 但是其技术应用过程中的均衡技术、信道估计、同步技术以及快速算法等技术的实现的难度也得到了增加。在FBMC技术应用的过程中, 要对于5G通信技术的滤波器组的实现算法进行进一步的研究。
4 结语
总之, 在当前移动通信技术不断发展的趋势下, 5G技术的应用必然是未来一段时间内移动通信技术的主流选择。在发展5G技术的过程中, 要吸收以往2G技术、3G技术以及4G技术的发展经验, 对于5G技术中的关键技术进行深入的研究和探索, 从多个角度来分析和推进5G技术研究的脚步。
摘要：现代科学技术不断发展和进步, 移动通信已经深深的走进了我们的生活, 并且对社会的各行各业带来了巨大的发展和变化。在当前4G技术的广泛推广下, 移动通信技术的发展很大程度上满足了当前通信市场的需求。从2G技术发展到3G、4G技术的进程中, 整个移动通信技术水平一直在不断提高当中。5G移动通信技术是当前移动通信技术发展的新方向, 本文对于5G移动通信发展趋势和相关关键技术进行了分析与探讨。
关键词：5G移动通信,发展趋势,关键技术
参考文献
[1]尤肖虎, 潘志文, 高西奇, 曹淑敏, 邬贺铨.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学:信息科学, 2014 (5) .
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[3]傅海阳, 曾维洪, 许生, 贾向东.MIMO理论的改进方案研究[J].南京邮电大学学报 (自然科学版) , 2011 (4) .
[4]翟冠楠, 李昭勇.5G无线通信技术概念及相关应用[J].电信网技术, 2013 (9) .
5G关键技术 篇8
展望未来, 可以预见5G移动通信相关技术同样会步入我们生活生产中来, 对新兴科技进行连续关注并加以研究, 能够为我们国家社会经济发展供给更为强大科技动力理论基础, 同时也希望本文可以起到同等效果。
一、5G移动通信的发展趋势
以符合移动通信需求和发展走势, 预计5G会于两千二零年变成全球主要移动通信技术系统。同目前众人皆知4G技术比起来, 5G在频谱利用效率, 传输速率和资源利用效率等方面是具有显著优势的, 且无线网络覆盖性能, 传输时延与用户体验等也会相继提升[1]。特别将较为先进无线移动相关技术融入进去以后, 5G逐渐向全面化, 智能化和自动化方面靠拢。它的特征主要反映于考量性能关键指标, 更低运营成本和能耗, 更高通信性能, 先进设计理念以及更高频谱利用效率等。
5G技术自身具备较高利用效率与效能, 同4G相比在覆盖能力, 时效性, 安全性与信号传输质量都会更上一层楼。以现如今移动通信和无线技术为基础5G技术未来发展中主要会针对无线传输速率, 系统智能, 吞吐率与频率资源几方面进行提升。
并且5G的发展特征也会偏向四个层次:网络完善健全与多无线, 多面, 多点, 多用户实现;吞吐率, 3D和传输率几方面会越发完善, 从而为用户带来更为完美体验感受;无线信号普及面积越发广泛, 网络资源调整能够将动态流量作为参照标准, 从而达到减少成本和消耗的目的。
二、几点关键技术
为了提高自身业务支撑效能, 5G于无线传输与网络技术等方面拥有更多改进, 针对无线传输相关技术上, 将会引进一次性挖掘频谱率提高潜力技术, 比如像新型波形设计, 编码调制, 多天线与多址接入相关技术等;针对无线网络上, 将采用更为智能与灵活组网技术与网络架构, 比如像异构体超密集型部署, 统一自组织系统, 结合控制和转发分离软件规范无线网络架构等[2]。
5G标志性关键技术在于超高效能高密度型无线网络与无线传输相关技术, 当中以大规模大组率MIMO为基础无线传输相关技术所结合功率效率与频谱效率4G基础上上升一个台阶, 此技术迈步实用化突破性问题为高维度的信道建模和估计还有对于复杂度的控制等。
全双工相关技术则会开启移动通信在频谱利用方面新篇章。超密集型网络获得业界广泛热议, 干扰管理和网络协同为提高高密度型无线网络体积容量关键内容。体系结构改变为新型无线移动通信未来主要发展方向, 现存在扁平化LTE/SAE体系结构推动互联网和移动通信技术系统更紧密融合, 可编程, 智能化与高密度则反映出移动通信未来演化更深层次发展, 内容分发式网络趋于核心网络边际部署, 能够有效降低网络拜访路由所带来额外负载, 并会明显改善用户业务体验感觉[3]。
移动终端参访内容虽然量非常大, 但是基本上集中于较大规模门户型网站与热点内容, 将来5G网络会结合CND相关技术成为提升网络资源综合利用效率潜在有力手段。
所谓可编程能力指的是, 将来5G网络会存在软件能定义效能, 控制平面和数据平面会被深一层次分离, 分布控制, 集中控制以及两者有机互融, 为网络演化过程中需解决技术路线关键性问题, 路由和基站交换等基础设备灵活拓展和可编程能力, 占据统一融合平台会满足不同规模与复杂应用场景所需。
三、结语
综上所述, 现如今移动通信相关技术突飞猛进发展态势下, 5G技术应用很显然为未来移动通信相关技术最佳选择。5G技术发展阶段, 应当将2G、3G与4G技术发展成功经验作为基础, 对5G技术关键技术予以深入探究与分析, 由多层次多角度促进5G相关技术向着可持续的方向发展前行。
摘要：现阶段科学技术迅猛发展与进步, 我们生产生活似乎越发离不开移动通信, 同时移动通信相关技术为我们生活与生产带来变化也可以说是翻天覆地的。目前基于4G技术推广, 移动通信相关技术迅速发展对市场需求也给予很好满足。移动通信发展, 2G至3G再至目前4G可以说发展越来越快, 技术水平也越来越高, 5G技术为移动通信未来发展方向, 本文既是对其发展趋势和部分关键技术展开研究, 希望可以为相关领域未来发展做出一些贡献。
关键词：5G移动通信,发展趋势,关键技术
参考文献
[1]彭景乐.5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨[J].中国新通信, 2014, 20:52.
[2]董海波.浅谈第三代移动通信的若干关键技术及发展方向[J].中山大学学报 (自然科学版) , 2013, S2:141-144.
5G关键技术 篇9
IMT-2020 (5G) 推进组在5G概念白皮书中提到, 5G在2020年以后将成为第五代的移动通信系统。纵观移动通信技术自应用 (2G-3G-4G) 以来的发展趋势推论, 5G相对4G来说最明显的进步体现在传输速率和频谱利用率的大幅提高。5G大范围的应用和推广离不开无线移动技术和网络技术的大力支持, 两者相辅相成共同打造功能更加强悍的通信网络, 从而实现未来十年互联网移动通信网速上升到目前的1000倍的伟大目标[1]。
二、5G无线移动关键技术
2.1无线传输技术
未来5G在无线技术领域中最为瞩目的突破是多人多出 (MIMO) 技术的变革。MIMO技术的核心思想是采取多天线方式完成信号的无线传输, 进而在保证信号传输性能的前提下降低传输成本。大规模MIMO技术的应用要求整个基站投入使用数量充足的天线进行信号的发送、传输与接收。这是因为无线信号在传输过程中自身分解形成不同单独的子信号, 子信号各自具备单独的空间流。5G移动通信中MIMO无线传输技术能够采用多个天线完成同时收发不同空间流的功能, 并且不会混淆源自于不同方位的信号。另外, MIMO技术还能够为无线传输信道提供理想的空间复用增益和分集增益。因此, 5G中信道的衰落现象将明显减弱, 进而衡量传输质量的误码率也大幅降低。由此可见, 运用MIMO技术能够进一步挖掘空间资源, 扩大无线信号的物理覆盖范围。
2.2基于滤波器组的多载波技术
在5G移动通信系统中, 多载波方案着重采用滤波器组多载波 (FBMC) 技术。FBMC技术应用网络类型为不具备中心的网络架构, 如无固定设施的网络或对等网络, 可有效改善频谱效率过低、多径衰落严重等问题。对于上述类型的通信网络来说, 部分设备出现故障, 整个网络系统无故障部分仍可维持一定的通信能力, 重要的通信不会因此受影响。由此可见, 应用FBMC技术的通信网络鲁棒性和生存性都较为理想, 同时能够提高信号的接收效果, 适用于高速率通信需求业务的处理。
2.3全双工技术
全双工通信技术在移动通信领域指的是信息传输可实现双向通信, 并且保持同时同频的通信方式。理论上来说, 应用全双工通信技术的通信系统中频谱利用率为传统通信系统的2倍, 频谱灵活性进一步提升。从提高频谱利用率角度出发, 随着硬件水平不断提升以及数字信号处理技术的深度挖掘, 未来5G移动通信系统将充分利用全双工技术为无线传输所服务。但这需要首先解决全双工技术当前所面临的来自实际设备中自干扰的难题。虽然目前提出的一些干扰抵消技术如模拟端干扰抵消等能够在简单的实验环境 (单基站、小终端数量) 中大力改善自干扰问题, 但对于较为复杂的场景 (大基站和大量终端) 仍未得到有效解决方案。
三、5G网络关键技术
网络通信和计算机技术是当今信息技术时代发展最为迅猛的两大技术, 云计算、数据中心等新兴产业要求网络的可扩展性、安全性、灵活性等方面均需实在质的飞跃。软件定义网络 (SDN) 开创了网络架构的新时代, 其核心思想通过抽离网络设备的控制平面从而实现控制与转发功能解耦, 其控制功能由专属的控制器负责, 从而大幅降低运营成本, 提高全网性能。因此未来5G移动通信系统将利用SDN技术来优化整个网络的管控功能, 从而驱动整个移动通信的生态系统。SDN网络架构支撑下的5G移动通信系统被划分为接入云、控制云和转发云三个域。接入云负责不同无线制式的接入功能, 通过分别部署集中式和分布式不同的接入架构, 管理系统中的回传链路, 无线资源管理更加灵活、高效;控制云则遵循控制与转发分离的基本原则, 主要负责会话控制、系统移动性的管理和Qo S保证;转发云则需收到控制云的控制, 对底层资源进行调度, 完成大批量业务数据流的高质量、高效率传输[2]。
四、总结及展望
5G移动通信技术能够满足面向2020年移动互联网业务的高速、大容量、高标准需求, 可支持连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠等四个主要技术场景。5G移动通信技术主要有两条实现技术路线:新技术的研发应用以及在当前已经商业化的4G移动通信技术基础上平滑演进, 5G技术一旦成熟且进入商业化发展阶段, Gbps用户体验速率则不再是纸上谈兵, 同时可为多种场景下的不同业务需求均提供一致性服务, 由此降低投入成本和管理成本。
摘要：移动通信技术以其提升信息化水平为发展目标, 对于推动国民经济发展意义重大。第5代移动通信系统 (5G) 是目前移动通信领域关注最热的新一代移动通信系统, 目前有关技术仍处于起步和发展探索阶段。本文对于5G移动通信涉及到的主要关键技术以及未来的发展趋势展开了研究。
关键词：5G,无线传输,网络技术,SDN
参考文献
[1]彭景乐.5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨[J].中国新通信, 2014, 20:52.
5G关键技术 篇10
移动通信是一个充满生机而又有无限发展可能的领域,从第一代模拟调制通信系统到第二代数字调制系统,从最初仅能支持少量的数据业务到今天实现了视频、音频、图片等多媒体数据业务的快速传输,移动通信技术正发生着深刻的变革。
随着智能手机、平板电脑与强大的多媒体功能和应用程序的流行,移动互联网和物联网的迅猛发展已成为第五代移动通信技术(5G)发展的主要驱动力。本文将从应用场景、技术需求和关键技术三个方面对5G移动通信若干关键技术的现在与未来发展进行评述。
1 5G概述
5G是面向下一代移动通信需求而发展的新一代移动通信系统,具备超高的频谱利用率和能量效率,以及成本低、安全可靠的特点。5G将使得信息通信突破时空限制,给用户带来前所未有的交互体验,极大地缩短人与物之间的连接,并快速地实现人与万物的互通互联。
2 5G应用场景
在第三代和第四代移动通信中,主要聚焦于“移动宽带”这一应用场景,着重致力于给用户提供更高的系统容量和更快的接入速度。在5G时代,各种物联网应用将广泛普及,如智慧城市、智能电网、远程医疗、车载娱乐、智能运动,未来的5G网络需要支持虚拟现实、超清视频和移动游戏等服务,这类移动交互式应用对无线接入的带宽和通信延迟有着很高的需求。除此之外,在公共安全方面,包括应急语音通话、无人机远程监测、入侵监测、急救人员跟踪等场景,这些应用需要5G通信系统提供零延迟、高可靠的传输保证[1]。
3 5G技术需求
综合未来移动互联网和物联网各类场景和业务的需求,5G主要技术场景可以归纳为连接广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个场景。以上四个场景为5G系统提出了以下技术需求:
(1)传输速率需求。传输速率提高10~100倍,用户体验速率达到0.1~1 Gb/s,用户峰值速率可达10 Gb/s。
(2)时延需求。时延降低5~10倍,达到毫秒量级。
(3)设备连接密度需求。设备连接密度提升10~100倍,达到600万个/平方公里。
(4)流量密度需求。流量密度提升100~1 000倍,达到20 Tbps/km2以上。
(5)移动性需求。移动性达到500 km/h以上,实现高铁环境下的良好用户体验。
4 5G关键技术
每一代通信网络的发展都会伴随着关键技术的兴起,新的技术将会满足通信网络的应用需求和技术需求,并推动着网络继续向前发展。目前,5G网络关键技术仍处于研究阶段,究竟何种关键技术在未来能够被5G标准采用,仍是有待商榷的。但是,可以肯定的是,未来5G网络是一个兼容并包、灵活开放的系统。本文以应用场景和技术需求为出发点,将对其中一些物理层关键技术进行说明。其中,应用场景、技术需求和关键技术的关系如图1所示。
4.1 毫米波通信
通信技术的发展很大程度上依赖于大量可利用的频谱资源,然而目前的商业工作频段都集中在300 MHz~3 GHz,3~300 GHz(毫米波)频段的利用率较低,利用毫米波频段进行无线通信是解决微波频段频谱资源稀缺的有效方法之一。在设计毫米波通信系统时,由于大气的衰减,需要充分考虑电磁波在大气中的传播特征,毫米波的主要缺点是在大气层中传播时期频率选择性吸收比低频段的无线电波更为严重,因此毫米波更适用于应对小范围热点高吞吐量需求[2]。
4.2 全双工通信技术
全双工通信技术是指同时、同频进行双向通信的技术。由于在无线通信系统中,网络侧和终端侧存在固有的发射信号对接收信号的自干扰,现有的无线通信系统中,不能实现同时同频的双向通信,双向链路都是通过时间或频率进行区分的,对于TDD和FDD,这样理论上浪费了一半的无线资源,而全双工技术可以实现上行链路和下行链路同时利用相同的资源进行双向通信,理论上可以令资源利用率提升一倍,因此同时同频全双工技术成为5G研究的一个重要方向。不过它也同样面临着巨大的技术难题,就是在发送和接收信号时,由于功率差距非常大,会导致严重的自干扰,因此首要解决的是干扰消除问题。另外,还存在着邻小区同频干扰问题,全双工在多天线的环境下应用难度更大,需要深入研究[3]。
4.3 大规模MIMO技术
多天线技术是提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段,已经应用于多种无线通信系统中,如3G系统、LTE、LTE-A、WLAN等。传统的MIMO技术存在硬件复杂度增加、信息处理复杂度增加、能量消耗等问题,显然已经不能满足人们对超高速数据业务的需求。2010年贝尔实验提出了在基站侧采用大规模天线阵列技术代替现有的多天线技术,使得基站天线数量远大于其能够同时服务的单天线移动终端数目[4]。
与传统的MIMO技术相比,大规模MIMO有以下几点优势:天线数目的增加使得最大比发送预编码的性能接近最优,降低了实现的复杂度,大幅度提高了系统容量;空间分辨率显著增强,具有深度挖掘空间维度资源的能力,在不增加基站密度和带宽的条件下大幅度地提高频谱效率;有较低的发射功率消耗和成本;可以将波束集中在很窄的范围内,从而降低干扰。
4.4 非正交多址接入(NOMA)技术
面对新一代无线网络的需求,传统的多址技术已经难以满足在系统吞吐量、用户速率体验方面的需求,在5G系统中采用新型的多址接入技术,即非正交多址接入。NOMA技术的基本思想是在发送端采用非正交发射,主动引入干扰信息,在接收端通过干扰消除检测接收机实现正确的解调。NOMA的信道传输采用正交频分复用或离散傅里叶变换正交频分复用技术,只是一个子频带上时域频域资源不再是只分配给一个用户,而是多个用户共享,以此来提高频谱效率和用户接入量[5]。
4.5 极化编码技术
香农在有噪声信道编码理论中指出,存在达到香农极限的码字,Erdal Arikan引入了信道极化理论,根据组合信道在码长足够大时发生的极化现象,提出了Polar编码方案[6],可在保证一定传输可靠性的基础上实现高传输速率,它是一种基于信道极化理论定义的线性分组码,作为线性分组码,Polar码与LDPC码类似,但它是唯一已证明的可在二进制离散无记忆信道上达到香农极限的信道编码方式,并有着较低复杂度的编译算法,仅为O(Nlog N),其中N为码长[7],所以在信源编码、协议中继及干扰融合等通信领域中有着重要的前景,同样也是5G网络的一项突出的关键技术[8]。
4.6 D2D通信
在未来5G网络中,网络容量、频谱效率需求进一步提升,设备到设备通信(D2D)具有潜在的提升系统性能、增强用户体验、减轻基站压力、提高频谱利用率的前景[9]。D2D通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术,D2D会话的数据直接在终端之间进行,不需要通过基站转发,而相关的控制信令仍由蜂窝网络负责。蜂窝网络引入D2D通信,可以减轻基站负担,降低端到端的传输时延,提升频谱效率,降低终端发射功率。
5 展望
在移动互联网和物联网的强劲推进下,通信产业能力快速提升,根据移动通信的发展规律来说,5G技术将在2018年进入测试阶段,2020年之后实现商用。今后的几年中将是确定5G网络中关键技术、使用频段、技术指标、发展方向的关键时期。现有的网络体系将会得到重新的整合,通信系统的频谱效率、能耗效率将会得到根本的提高,设备终端将更加智能,网络配置和维护的费用将会更低。演进、融合、创新将会成为5G移动通信系统发展的主要路线。
摘要：过去移动通信的更新换代都是以追求更高的数据速率为目标,并以多址接入技术为主要区别。而第五代移动通信由于受到移动互联网和物联网众多应用场景的驱动,对技术的需求千差万别,因此其技术创新来源更加丰富,针对不同的应用场景可以灵活采用不同的关键技术。本文试图阐述第五代移动通信中应用场景、技术需求和关键技术之间的关系,并简单介绍了其中一些物理层关键技术。
关键词：5G,应用场景,技术需求,关键技术
参考文献
[1]赵国锋,陈婧,韩远兵,等.5G移动通信网络关键技术综述[J].重庆邮电大学学报:自然科学版,2015,27(4):441-452.
[2]倪善金,赵军辉.5G无线通信网络物理层关键技术[J].电信科学,2015(12):40-45.
[3]尤肖虎,潘志文,高西奇,等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学:信息科学,2014,44(5):551-563.
[4]李忻,黄绣江,聂在平.MIMO无线传输技术综述[J].无线电工程,2006,36(8):42-47.
[5]唐超,王茜竹.NOMA技术研究及其在5G场景中的应用分析[J].广东通信技术,2015,35(10):59-64.
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[7]郑芝芳.基于Polar码的OFDM系统图像传输的应用研究[D].南京:南京邮电大学,2012.
[8]樊婷婷,杨维,许昌龙.Polar码M-QAM系统编码码率及误比特率性能[J].华中科技大学学报(自然科学版),2015(12):24.