深入解析8大关键技术,4大应用场景,看完秒懂5G

未来的网络将会面对:1000倍的数据容量增长,10到100倍的无线设备连接,10到100倍的用户速率需求,10倍长的电池续航时间需求等等。坦白的讲,4G网络无法满足这些需求,所以5G就必须登场。

但是,5G不是一次革命。5G是4G的延续,我相信5G在核心网部分不会有太大的变动,5G的关键技术集中在无线部分。虽然5G最终将采用何种技术,目前还没有定论。不过,综合各大高端论坛讨论的焦点,我今天收集了8大关键技术。当然,应该远不止这些。

八项关键技术

1、非正交多址接入技术 (Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)

我们知道3G采用直接序列码分多址(Direct Sequence CDMA ,DS-CDMA)技术,手机接收端使用Rake接收器,由于其非正交特性,就得使用快速功率控制(Fast transmission power control ,TPC)来解决手机和小区之间的远-近问题。

而4G网络则采用正交频分多址(OFDM)技术,OFDM不但可以克服多径干扰问题,而且和MIMO技术配合,极大的提高了数据速率。

由于多用户正交,手机和小区之间就不存在远-近问题,快速功率控制就被舍弃,而采用AMC(自适应编码)的方法来实现链路自适应。

NOMA希望实现的是,重拾3G时代的非正交多用户复用原理,并将之融合于现在的4G OFDM技术之中。

从2G,3G到4G,多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章,而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度——功率域。

新增这个功率域的目的是,利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。

实现多用户在功率域的复用,需要在接收端加装一个SIC(持续干扰消除),通过这个干扰消除器,加上信道编码(如Turbo code或低密度奇偶校验码(LDPC)等),就可以在接收端区分出不同用户的信号。

2、FBMC(滤波组多载波技术)

在OFDM系统中,各个子载波在时域相互正交,它们的频谱相互重叠,因而具有较高的频谱利用率。OFDM技术一般应用在无线系统的数据传输中,在OFDM系统中,由于无线信道的多径效应,从而使符号间产生干扰。

为了消除符号问干扰(ISl),在符号间插入保护间隔。插入保护间隔的一般方法是符号间置零,即发送第一个符号后停留一段时间(不发送任何信息),接下来再发送第二个符号。在OFDM系统中,这样虽然减弱或消除了符号间干扰,由于破坏了子载波间的正交性,从而导致了子载波之间的干扰(ICI)。

因此,这种方法在OFDM系统中不能采用。在OFDM系统中,为了既可以消除ISI,又可以消除ICI,通常保护间隔是由CP(Cycle Prefix ,循环前缀来)充当。CP是系统开销,不传输有效数据,从而降低了频谱效率。

 

而FBMC利用一组不交叠的带限子载波实现多载波传输,FMC对于频偏引起的载波间干扰非常小,不需要CP(循环前缀),较大的提高了频率效率。

3、毫米波(millimetre waves ,mmWaves)

什么叫毫米波?频率30GHz到300GHz,波长范围10到1毫米。

由于足够量的可用带宽,较高的天线增益,毫米波技术可以支持超高速的传输率,且波束窄,灵活可控,可以连接大量设备。以下图为例:

 

蓝色手机处于4G小区覆盖边缘,信号较差,且有建筑物(房子)阻挡,此时,就可以通过毫米波传输,绕过建筑物阻挡,实现高速传输。

同样,粉色手机同样可以使用毫米波实现与4G小区的连接,且不会产生干扰。

当然,由于绿色手机距离4G小区较近,可以直接和4G小区连接。

未来毫米波也会成为5G的关键技术,但因为毫米波频率太高,导致信道太“直”,移动起来不容易对准,另外5G时代的入网设备数量会呈爆发式增长,传统的宏基站变成站点更多密度更大的微基站,是解决这两个问题的有效方法。基站微型化则布设密度会加大。为避免基站之间的频谱互扰,基站的辐射功率谱就会降低,这样手机的辐射小了,待机也长了。

4、大规模MIMO技术(3D /Massive MIMO)

MIMO技术已经广泛应用于WIFI、LTE等。理论上,天线越多,频谱效率和传输可靠性就越高。

大规模MIMO技术可以由一些并不昂贵的低功耗的天线组件来实现,为实现在高频段上进行移动通信提供了广阔的前景,它可以成倍提升无线频谱效率,增强网络覆盖和系统容量,帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。

我们以一个20平方厘米的天线物理平面为例,如果这些天线以半波长的间距排列在一个个方格中,则:如果工作频段为3.5GHz,就可部署16副天线;如工作频段为10GHz,就可部署169根天线。。。。。

 

3D-MIMO技术在原有的MIMO基础上增加了垂直维度,使得波束在空间上三维赋型,可避免了相互之间的干扰。配合大规模MIMO,可实现多方向波束赋型。

5、认知无线电技术(Cognitive radio spectrum sensing techniques)

认知无线电技术最大的特点就是能够动态的选择无线信道。在不产生干扰的前提下,手机通过不断感知频率,选择并使用可用的无线频谱。

6、超宽带频谱

信道容量与带宽和SNR成正比,为了满足5G网络Gpbs级的数据速率,需要更大的带宽。

频率越高,带宽就越大,信道容量也越高。因此,高频段连续带宽成为5G的必然选择。

得益于一些有效提升频谱效率的技术(比如:大规模MIMO),即使是采用相对简单的调制技术(比如QPSK),也可以实现在1Ghz的超带宽上实现10Gpbs的传输速率。

7、ultra-dense Hetnets(超密度异构网络)

立体分层网络(HetNet)是指,在宏蜂窝网络层中布放大量微蜂窝(Microcell)、微微蜂窝(Picocell)、毫微微蜂窝(Femtocell)等接入点,来满足数据容量增长要求。

到了5G时代,更多的物-物连接接入网络,HetNet的密度将会大大增加。

8、多技术载波聚合(multi-technology carrier aggregation)

如果没有记错,3GPP R12已经提到这一技术标准。

未来的网络是一个融合的网络,载波聚合技术不但要实现LTE内载波间的聚合,还要扩展到与3G、WIFI等网络的融合。

 

多技术载波聚合技术与HetNet一起,终将实现万物之间的无缝连接。

5G四大应用场景

1、连续广域覆盖—这是移动通信最基本的覆盖方式,以保证用户的移动性和业务连续性为目标,为用户提供无缝的高速业务体验。该场景的主要挑战在于随时随地(包括小区边缘、高速移动等恶劣环境)为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。

2、热点高容量—主要面向局部热点区域,为用户提供极高的数据传输速率,满足网络极高的流量密度需求。1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。

3、低功耗大连接—主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多,不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力,满足100万/km2连接数密度指标要求,而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。

4.低时延高可靠—主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求,这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求,需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

说明:LoRa应用学习站通过公开互联网收集、整理并转载有关LoRa及物联网应用解决方案,以供广大LoRa应用开发者和爱好者共同学习交流和参考运用到实际生产生活中。本站所有转载的文章、图片、音频、视频等资料的版权归版权所有人所有并衷心感谢您的付出,由于本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者,如果本网所选内容的文章原创作者认为其作品不宜放在本站,请及时通过以下留言功能通知我们采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。如果您希望保留本文在LoRa学习站,但希望文章末尾提供对作者的致谢或者产品、网站交换链接的,也请将需求写入以下留言栏中,谢谢您的支持。让我们共同努力,打造万物互联的未来美好生活!

您的留言或需求: