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5,G,时代,5,G,第,壹,章,节,通信系统简介,第一代通信移动系统,第1代移动通信系统(1G)是模拟式通信系统,模拟式是代表在无线传输采用模拟式的FM调制,将介于300Hz到3400Hz的语音转换到高频的载波频率MHz上,大哥大在当时的售价为21000元,除了手机价格昂贵之外,手机网络资费的价格也让普通老百姓难以消费。当时的入网费高达6000元,而每分钟通话的资费也有0.5元,不过由于模拟通信系统有着很多缺陷,经常出现串号、盗号等现象,给运营商和用户带来了不少烦恼。于是在1999年A网和B网被正式关闭,第二代通信移动系统,从1G跨入2G的分水岭则是从模拟调制进入到数字调制,相比于第1代移动通信,第二代移动通信具备高度的保密性,系统的容量也在增加,同时能够提高多种业务服务,第三代通信移动系统,国际电信联盟(ITU)发布了官方第3代移动通信移动一同(3G)标准IMT-2000(国际移动通信2000标准,四种制式,WiMAX,CDMA2000,中国电信,WCDMA,中国联通,TD-SCDMA,中国移动,第四代通信移动系统,4G是集3G与WLAN于一体,并能够快速传输数据、高质量音频/视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载(大约是12.5MB/s18.75MB/s的下行速度),并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求,TD-LTE,FDD-LTE,2013年12月4日,工业和信息化部向中国移动、中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通信业务牌照,FDD-LTE则是世界上通用的4G标准,中国具有自主知识产权的TD-LTE,100Mbps/s,传输数据的速度,4G通常被用来描述相对于3G的下一代通信网络,但很少有人明确4G的含义,4G移动系统网络结构,它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带,应用 网络层,网络 物理层,物理网络层提供接入和路由选择功能,它们由无线和核心网的结合格式完成,中间 环境层,中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等,1G主要解决语音通信的问题,2G可支持窄带的分组数据通信,最高理论速率为236kbps,3G在2G的基础上,发展了诸如图像、音乐、视频流的高带宽多媒体通信,并提高了语音通话安全性,解决了部分移动互联网相关网络及高速数据传输问题,最高理论速率为14.4Mbps,4G是专为移动互联网而设计的通信技术,从网速、容量、稳定性上相比之前的技术都有了跳跃性的提升,传输速度可达100Mbit/s,甚至更高,第,贰,章,节,5G系统简介,5G,第五代移动通信技术,也是4G之后的延伸,目前还没有任何电信公司或标准订定组织(像3GPP、WiMAX论坛及ITU-R)的公开规格或官方文件有提到5G,按照业内初步估计,通过引入新的无线传输技术将资源利用率在4G的基础上提高10倍以上,通过引入新的体系结构(如超密集小区结构等)和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高25倍左右,进一步挖掘新的频率资源(如高频段、毫米波与可见光等),使未来无线移动通信的频率资源扩展4倍左右,以下七点是5G区别于前几代移动通信的关键,是移动通信从以技术为中心逐步向以用户为中心转变的结果,5G的优势,在容量方面:5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍 在传输速率方面:典型用户数据速率提升10到100倍,峰值传输速率可达10Gbps(4G为100Mbps),端到端时延缩短5倍 在可接入性方面:可联网设备的数量增加10到100倍 在可靠性方面:低功率MMC(机器型设备)的电池续航时间增加10倍,4G,是专为移动互联网而设计的通信技术,但仍是单一的无线接入技术,4G技术支持100Mbps150Mbps的下行网络带宽,但仍处在3GHz一下的频段范围内,开启了全球移动通信标准全面融合的趋势;但仍存在TD-LTE与LTE-FDD的标准之争,5G,超高容量、超可靠性、随时随地可接入性,将可提供超级容量的带宽,短距离传输速率是10Gbps,高频段频谱资源将更多地应用于5G,5G关键技术,超密集异构网络,5G 网络正朝着网络多元化、 宽带化、 综合化、 智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及,面向 2020 年及以后,移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来 5G 网络中, 减小小区半径, 增加低功率节点数量,是保证未来 5G 网络支持 1 000 倍流量增长的核心技术之一 。因此, 超密集异构网络成为未来 5G 网络提高数据流量的关键技术,无线节点增加,未来无线网络将部署超过现有站点 10 倍以上的各种无线节点,在宏站覆盖区内,站点间距离将保持 10 m 以内,并且支持在每 1 km2 范围内为 25 000个用户提供服务,多干扰,网络中的干扰主要有:同频干扰,共享频谱资源干扰,不同覆盖层次间的干扰等。现有通信系统的干扰协调算法只能解决单个干扰源问题,而在 5G 网络中,相邻节点的传输损耗一般差别不大,这将导致多个干扰源强度相近,进一步恶化网络性能,使得现有协调算法难以应对,切换算法,在超密集网络中,密集地部署使得小区边界数量剧增,加之形状的不规则,导致频繁复杂的切换。为了满足移动性需求, 势必出现新的切换算法,自组织网络,在未来 5G 网络中,将面临网络的部署、 运营及维护的挑战, 这主要是由于网络存在各种无线接入技术, 且网络节点覆盖能力各不相同,它们之间的关系错综复杂。因此,自组织网络(self-organizing network, SON) 的智能化将成为 5G 网络必不可少的一项关键技术,网络部署阶段的自规划和自配,网络维护阶段的自优化和自愈合,自规划的目的是动态进行网络规划并执行,同时满足系统的容量扩展、 业务监测或优化结果等方面的需求,自优化的目的是减少业务工作量, 达到提升网络质量及性能的效果,自愈合指系统能自动检测问题、 定位问题和排除故障,大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响,内容分发网络,内容分发网络(content distribution network, CDN) 会对未来 5G 网络的容量与用户访问具有重要的支撑作用。 面向大规模用户的音频、视频、图像等业务急剧增长, 网络流量的爆炸式增长会极大地影响用户访问互联网的服务质量 。如何分发大流量的业务内容, 降低用户获取信息的时延,增加带宽并不能解决问题, 它还受到传输中路由阻塞和延迟、 网站服务器的处理能力等因素的影响,这些问题的出现与用户服务器之间的距离有密切关系,智能虚拟网络,CDN系统综合考虑各节点连接状态、 负载情况以及用户距离等信息,通过将相关内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上, 实现用户就近获取所需的信息,使得网络拥塞状况得以缓解,降低响应时间,提高响应速度 CDN 网络架构在用户侧与源 server 之间构建多个 CDN代理 server,可以降低延迟、 提高 QoS(quality of service) 随着云计算、 移动互联网及动态网络内容技术的推进, 内容分发技术逐步趋向于专业化、 定制化,在内容路由、 管理、 推送以及安全性方面都面临新的挑战,D2D通信,在5G 网络中,网络容量、频谱效率需要进一步提升,更丰富的通信模式以及更好的终端用户体验也是 5G 的演进方向。设备到设备通信 ( device-to-device communication,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。因此, D2D 是未来 5G 网络中的关键技术之一,D2D 通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术,M2M通信,M2M(machine to machine, M2M)作为物联网最常见的应用形式, 在智能电网、 安全监测、城市信息化、 环境监测等领域实现了商业化应用。3GPP 已经针对 M2M 网络制定了一些标准, 并已立项开始研究 M2M 关键技术。M2M 的定义主要有广义和狭义 2 种,信息中心网络,随着实时音频、 高清视频等服务的日益激增,基于位置通信的传统TCP/IP网络无法满足数据流量分发的要求。网络呈现出以信息为中心的发展趋势。信息中心网络 ( information-centric network,ICN)的思想最早是 1979 年由 Nelson 提出来的 ,后来被 Baccala 强化。作为一种新型网络体系结构,ICN 的目标是取代现有的 IP,实施媒体流,网页服务,多媒体通信,不同于传统的以主机地址为中心的TCP/IP网络体系结构,ICN 采用的是以信息为中心的网络通信模型, 忽略IP地址的作用, 甚至只是将其作为一种传输标识,ICN 的主要概念是信息的分发、 查找和传递,不再是维护目标主机的可连通性,全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、 路由缓存信息数据、 多播传递信息等功能, 从而较好地解决计算机网络中存在的扩展性、 实时性以及动态性等问题,第,叁,章,节,5G最新发展,5G标准化已开始,5G需求研究整体思路,5G需求总体趋势,面向2020及未来的发展驱动力,市场趋势,用户需求,业务应用,运营需求,5G总体定位和社会角色,5G关键能力指标,5G工作布局建议,5G目标和能力,我国5G工作布局建议,技术、频谱、标准、产业链需求、时间计划、与其他接入系统关系,5G网络关键性能指标,移动数据流量增长趋势,2010年到2020年全球增长将超过200倍,2010年到2030年将增长近2万倍 中国增速高于全球,2010年到2020年将增长300倍以上,2010年到2030年将增长超4万倍 发达城市及热点地区增速更快,2010年到2020年上海的增长率可达600倍;北京热点区域(如西单)的增长率可达1000倍,十年千倍,移动用户数和物联网连接数增长趋势,到2020年,全球移动终端(不含物联网设备)数量将超过100亿,其中中国超过20亿 全球物联网设备连接数也将快速增长,到2020年将接近70亿,中国接近15亿 到2030年,全球物联网设备连接数将接近1千亿,中国超过200亿,5G 主要业务,移动 互联网,物联网,采集类:低速采集、高速采集,控制类:时延敏感、时延非敏感,流类:视频播放、音频播放,会话类:语音类、视频通话、虚拟现实,交互类:浏览类、位置类、交易类、游戏类等,传输类:邮件类、下载类、上传类,消息类:SMS类、MMS类、OTT消息,流类和会话类业务趋势及挑战,流类与会话类业务将不断向超高清、3D、身临其境显示方向发展,高清,3D,身临其境,交互类业务趋势及挑战,增强 现实,在线 游戏,云桌面,虚拟 现实,快速响应:达到用户对时延基本无感知的使用体验(5-10ms,大量数据交互:增强现实、在线游戏等需要进行实时高清视频交互,对上下行用户传输速率提出挑战,传输类业务趋势及挑战,云存储将成为主流应用之一: IDC:2020年全球30%数字信息将存储在云端; Markets and Markets:2018年云存储市场将达到468亿美元,消息类业务趋势及挑战,OTT消息将成为主流应用之,RADICATI GROUP预测,到2017年即时通信市场用户数量将达44亿,信令开销,大量数据包频发消耗信令资源,物联网业务与用户需求,海量设备连接,大量小数据包频发,覆盖,低成本,电池寿命,智能家居,智能农业,环境监测,物联网业务与用户需求,智能交通,智能电网,工业控制,毫秒级的时延 接近100%的可靠性,物联网业务总结,物联网特征,连接数极大 15%通过非蜂窝网连接,流量占比极小,单设备ARPU值极小,蜂窝网通过进一步增强,可以争取到更大的市场份额,主要增强包括,增强 覆盖,降低 成本,降低 功耗,降低 时延,提高 可靠性,5,G,时代
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