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什么是5G
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什么是5G
[远程会议2020年7月10日] 在来自世界各地的政府主管部门、电信制造及运营企业、研究机构约200多名会议代表和专家们的共同见证下ITU-R WP 5D#35e远程会议宣布3GPP 5G技术含NB-IoT满足IMT-2020 5G技术标准的各项指标要求正式被接受为ITU IMT-2020 5G技术标准。在全球各个国家产业界各方的紧密协同下ITU按计划完成IMT-2020 5G技术标准的里程碑开启万物互联的智能世界。
**IMT-2020技术标准是ITU对5G标准的称呼即面向2020年之后使用的新一代移动通信技术。**为确保5G技术的先进性ITU制定了详细的评估方法和指标要求。从2016年至今对征集的各项候选技术**按照eMBB增强移动宽带、URLLC低时延高可靠通信和mMTC大规模机器通信**三大5G目标应用场景进行了详细的评估最终确定3GPP 5G技术在业务、频谱、技术性能指标等各个方面均满足IMT-2020技术标准的要求具备了峰值速率超过20Gbps、通信时延小于1ms、支持每平方公里100万个设备等先进技术能力能够满足5G的各种应用要求。
5G上升国家战略
美国 美国在5G技术上投入了大量资源旨在确保其在全球5G领域的领先地位。美国政府和私营部门正在积极推动5G网络的部署特别是在城市和农村地区。此外美国还在与其他国家合作推动5G技术的国际标准化和安全性。
中国 中国在5G技术上的投入也非常大是全球首个大规模部署5G网络的国家。中国政府和企业已经在多个城市和地区部署了5G网络并计划在未来几年内实现全国范围的覆盖。中国还在积极推动5G技术的国际合作与多个国家签署了5G合作协议。
欧盟 欧盟各成员国也在积极推动5G技术的部署和应用。欧盟正在制定统一的5G政策框架以促进跨国界的5G网络部署和互操作性。此外欧盟还在与其他国家和地区合作推动5G技术的国际标准化和安全性。
日本 日本在5G技术上的投入也非常大特别是在2020年东京奥运会期间日本政府和企业加大了对5G网络部署的力度。日本正在积极推动5G技术的应用特别是在智慧城市、自动驾驶和物联网等领域。
印度 印度也在积极推动5G技术的部署和应用政府和企业正在合作以实现全国范围的5G网络覆盖。印度还在与其他国家和地区合作推动5G技术的国际标准化和安全性。
5G和4G在应用上的区别
速度和延迟
4G: 速度较快但有较高延迟主要适用于基本的互联网连接和高清视频播放。5G: 提供更快的速度和极低的延迟更适合实时应用如高分辨率视频会议、云游戏和虚拟现实。
连接设备数量
4G: 连接设备数量有限适用于个人和少量智能设备连接。5G: 支持更多设备同时连接非常适合物联网应用如智能城市、智能交通和工业自动化。
网络可靠性
4G: 网络可靠性较好但在拥挤的区域或网络负载高时可能会出现性能下降。5G: 提供更高的网络可靠性和稳定性适用于需要高可用性和高可靠性的场景。
新兴应用
4G: 主要支持移动互联网、社交媒体、在线视频等传统应用。5G: 推动新兴技术的发展如自动驾驶汽车、远程医疗、增强现实和虚拟现实等。
总体来说5G在速度、连接设备数量、网络可靠性和支持新兴应用方面都有显著提升打开了更多可能性。
5G的三大应用场景
从信息交互对象不同的角度出发目前5G应用分为三大类场景eMMB,mMTC与uRLLC。 eMMB(Enhanced Mobile Broadband增强型移动宽带) eMMB是指现有的移动宽带业务场景的基础上对于用户体验等性能的进一步提升eMMB的应用场景包括超高清视屏、虚拟现实、增强现实等。所以eMMB主要面向的是个人
mMTC(massive Machine Type of Communication海量机器类通信) mMTC的应用场景包括智慧城市、智能家居等。这类应用对接密度要求较高同时呈现行业多样化和差异化。所以mMTC主要面对的是连接数量大且对时延相对不敏感的需要布置大量联网传感器的设备使用
uRLLCUltra-Reliable Low-Latency Communications超可靠低时延通信 uRLLC就是低时延业务的应用场景旨在支持对时延和稳定性高度敏感的业务可通过网络切片技术来保障。比如车联网、智慧工厂中的远程控制、智慧医疗中的远程手术等对时延非常敏感的应用。
5G协议标准的最新进展
5G 从3GPP Release 15 开始
3GPP的Release 15简称R15标志着5G标准的正式起点。它主要侧重于增强型移动宽带eMBB支持高带宽、低延迟的网络需求。R15包含了5G非独立组网NSA的规范即在现有4G LTE网络基础上引入5G NR新无线电技术从而加速了5G的初步部署。2017年12月R15的第一阶段被正式冻结为运营商提供了早期的5G网络架构参考 KEYSIGHT EVENT 。
日韩5G最激进的运营商与Verizon结成联盟
韩国和日本的电信公司如SK电讯、NTT DoCoMo等采取了快速推进5G的策略并与美国的Verizon等公司结成联盟。此类合作推动了5G技术的全球发展尤其是在网络基础设施和设备兼容性方面的互通性测试。这些公司通过合作得以共享技术资源加速了5G网络的成熟和商用 3GPP。
3GPP加速5G标准进程
为了满足全球对5G的迫切需求3GPP加快了5G标准的制定进程。R15的冻结仅仅是5G的第一阶段随后3GPP迅速开始了R16的研发工作。R16扩展了5G的能力支持超高可靠性和低延迟通信URLLC等功能为更广泛的应用场景提供技术支持例如工业自动化和车联网。3GPP的快速推进使得5G标准更加完善为后续的全球5G网络普及奠定了基础
R15 Ph1NSA标准eMBB子啊17.12冻结
2017年12月3GPP正式冻结了R15的第一阶段NSA标准。此阶段的标准旨在为增强型移动宽带eMBB提供技术规范帮助运营商在现有的4G LTE网络上引入5G服务。非独立组网NSA模式主要利用LTE作为控制信道5G NR提供数据传输兼顾了性能和成本推动了全球5G早期部署
5G的组网方式
5G网络的组网方式主要包括三种独立组网Standalone, SA、非独立组网Non-Standalone, NSA和混合组网。这些组网方式不同程度地影响网络性能和基础设施需求 非独立组网NSA这是5G初期广泛应用的模式通过依赖现有的4G核心网来加速5G部署。该模式在提升速率方面有效但无法完全实现5G的低延时和高可靠性功能。其适合短期过渡阶段的快速扩展。 独立组网SA这是完全独立的5G网络架构不再依赖4G网络使用5G核心网及新空口技术能够实现5G的完整功能包括低延时如URLLC应用场景和高连接数。SA支持垂直行业需求如工业自动化和车联网是未来网络建设的最终目标。 混合组网这种方式结合了NSA和SA的优势使得运营商可以平衡成本和性能逐步从NSA过渡到SA网络。
对于5G的uRLLC超可靠低延时通信应用场景多集中在对高可靠性和极低延时要求极高的领域如自动驾驶、远程医疗和工业控制。uRLLC实现面临挑战包括高能耗、复杂的算法需求以及设备间的干扰问题
uRLLC探索业务需求和可行的部署模式
超可靠低延迟通信uRLLC是5G网络的重要应用场景主要针对需要高可靠性和极低延时的业务需求。其典型应用包括自动驾驶、远程医疗、工业自动化等这些场景对通信延时和可靠性有严格的要求。为支持这些高要求的业务uRLLC利用5G的灵活帧结构、先进的多址接入技术和强大的信道编码等技术尽量减少数据传输的延迟并提升可靠性
业务需求探索 uRLLC的应用需求不同于eMBB增强型移动宽带它需要更严格的延迟控制和可靠性保障。典型业务需求如下
自动驾驶自动驾驶需要极低的延迟以保证车辆的实时决策和操控响应。uRLLC可实现毫秒级延迟为自动驾驶的安全性提供支撑。远程医疗远程手术等应用对数据传输的实时性和可靠性要求极高uRLLC可通过超低延时的通信保障医疗操作的精准度。工业自动化智能工厂的设备之间的协同和实时反馈至关重要。uRLLC可以确保机器与控制中心之间的通信无缝衔接避免任何可能的延时带来的效率下降或安全隐患
可行的部署模式
uRLLC的部署通常采用独立组网SA方式因为SA能够支持完整的5G核心网络功能有助于实现低延时和高可靠性的需求。然而uRLLC在实施中仍面临挑战包括
高能耗问题实现超低延迟需要强大的信道编码和高阶调制这会导致较高的能耗算法复杂性uRLLC需要更复杂的算法和协议这在网络优化方面带来挑战。设备干扰在大规模设备应用时设备间的信号干扰会影响通信的可靠性和延时
随着5G技术的发展uRLLC将逐步在垂直行业中得到更广泛应用。未来通过网络切片和边缘计算等技术的引入uRLLC的业务需求和部署模式将进一步优化。
mMTC、NB-IoT、eMTC
mMTC、NB-IoT、和eMTC是5G和物联网IoT领域中的三种主要通信技术它们专注于不同类型的物联网应用需求 mMTCMassive Machine Type Communication mMTC即海量机器类通信是5G系统中为物联网设备提供连接的重要组成部分。其目标是支持大量设备的连接如智能家居、智能城市和环境监控等。这些设备通常只需传输少量数据且对延迟要求不高因此mMTC更注重设备数量的承载能力而非数据速率。 NB-IoTNarrowband Internet of Things NB-IoT即窄带物联网是一种低功耗广域网LPWAN技术专为需要低数据速率、低功耗和广覆盖的物联网应用而设计如智能水表、智能电表和智能垃圾桶。NB-IoT在较低的频段上运行因此具有强穿透性可以覆盖更广的区域并延长设备电池寿命。 eMTCEnhanced Machine Type Communication eMTC即增强型机器类通信也属于LPWAN技术与NB-IoT相似但提供更高的数据速率和移动性支持。eMTC适用于需要稍高传输速率的应用场景如可穿戴设备和可移动的传感器设备。它能支持语音和实时数据传输使其适用于更高要求的场景但功耗比NB-IoT略高。
总结
mMTC 适合大规模连接但对速率和延时要求较低。NB-IoT 适合静态、低数据需求和电池寿命长的应用。eMTC 提供较高的速率适合移动设备和对延时较敏感的场景。
这些技术结合使用为不同的物联网应用需求提供了多样的选择助力5G物联网生态系统的构
