5G时代的网络和设备

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1、5G5G时代的网络和设备时代的网络和设备时代的网络和设备时代的网络和设备 组员：董娟茹 李文轩 孙圣旺 摘要 4G LTE在全球移动服务市场上迅速的扩张为用户带来前 所未有的服务体验，这些体验以往只有有线通信才能达到 的。到2013.8全球已经至少有200个商业LTE网络，预计 到2018年将会达到13亿用户。 随着数据业务的快速增长，已经使移动产业面临着一个紧 迫问题。移动产业如何满足用户日益增长的数据需求，如 何以一个更低的花费获得更高的用户体验。 要解决这些问题主要要依托网络拓扑的改革和终端技术的 进步。为满足用户的日益增长的需求许多专家将目光转向 未来移动宽带技术（比如：5G）完善现存

2、的4G技术和 IEEE 802.11标准 5G Era 什么叫5G Era？ 就是从4G到5G转变的这个时期。这个转变要 持续十年或者更久，基础设施供应商，网 络运营商，和设备制造商研发很多新技 术，有一些技术很可能会成为5G的核心技 术比如：已经部署运行的小蜂窝基站。许 多其他技术也将在不远的将来走进5G进入 我们日常生活。 下一代蜂窝网 先进源编码技术： H.265 先进无线接入网：RANs-HetNets 先进无线接入技术：RATs-WWAN,WLAN 下一代蜂窝传输技术在速度和部署简易性 上提出很高的要求。 5G技术指标 3G/4G网络有硬性的评价指标包括：数据峰 值速率，容量，频谱利

3、用率等。 5G评价指标主要以用户体验为中心，包括： 临近设备连接简易性，能量利用率，环境 感知体验，帮助服务等. 5G的网络革新 如今的3G/4G网络最初定位在峰值和频带效率上，在5G 时代，我们转向基于HetNet架构的5G的网络效率上。 HetNet架构是最有前景的低成本接入技术用来满足快速增 长的需求，并且提供统一的连接体验。 HetNets是由许多小蜂窝组成，这些小蜂窝支持频谱复 用。HetNet架构设计满足日益多样化的接入技术，这些频 带包括：微蜂窝的注册频段，小蜂窝的注册和非注册频 段。新的更高频也被分配给小蜂窝使用。 5G的网络革新 客户设备在5G时代扮演一个很重要的角色。小蜂窝

4、和 D2D通信形成的底层低成本设施提高了传统蜂窝网的覆盖 率和容量。 调度的简易性和地成本也是5G的重要特征。5G的调度是 基于软件实现和虚拟技术。5G系统通过使用多重虚拟核 网络来满足不同的需求：M2M，媒体服务，等需求。 5G网络需要灵活有力的边缘节点可以快速的从核心网下 载数据，通过动态的调整网络资源高效的管理数据流，为 每个应用刘提供优良的QoE。更多地数据被缓存在边缘网 这样可以减少核心网的负载，见笑延时 HetNet架构 随着移动互联网时代的到来，移动流量增长爆发，用户对 网络体验提出了更高的需求，多层立体异构网络（HetNet ）应运而生. 据VNI（Visual Network

5、ing Index）报告，从2013年到 2017年，移动宽带流量将以年复合增长率CAGR 66%增 长，连接速度将增长10倍。同时，MBB流量在不同的地 区是非常不均衡的。据统计，20%的站点承载了80%的网 络流量，在某些最热站点的数据流量甚至是平均站点数据 流量的数十倍以上。 由于频谱资源的稀缺性以及站点资源的难获得性， 传统 的扁平单层宏网络覆盖已经不可能承载如此集中的数据流 量，这就需要多层立体异构网络HetNet解决方案。 HetNet架构 HetNet架构的演变 小基站 小基站最后一公里解决方案包括有线回传和无线回传。当 站点具备有线回传时，优先选择有线回传。有线回传主要 包括光

6、纤、以太网线、双绞线、电缆。 小基站能够自动感知周围无线环境，自动完成频点、扰码 、邻区、功率等无线参数的规划和配置。 小基站能够自动感知周围无线环境的变化，如周边增加新 基站时，会自动进行网络优化，如 自动调整扰码、邻区、功率、切换参数等，保证网络KPI 目标的达成。 HetNet架构的演变 小基站 HetNet架构的演变 小基站 BTS(Base Transceiver Station)中文为基站收发台。 RRU(Radio Remote Unit)射频拉远模块 HetNet架构的演变 小基站 HetNet架构的演变 小基站 小基站对回传网络的影响 基于HetNet理念的分层立体网络成为移

7、动网络建设的趋势 。根据Infonetics对此趋势的最新研究，到2016年，宏站 处理的网络业务流量占比将由现在的90%以上，下降至 58%，小基站（包括室内小基站和室外小基站）承载流量 占比将达到24%。 小基站与宏基站协同工作，给移动用户提供全网一致的业 务体验。小基站可采用各种组网拓扑结构，先汇聚到宏基 站，再上宏基站回传设备，或者直接连接到现有的移动回 传或其他综合承载网络的汇聚传输节点设备上。 HetNet架构的演变 新一代无线网络架构Cloud RAN C-RAN是根据现网条件和技术进步的趋势，提出的新型无 线接入网构架。 C-RAN是基于集中化处理(Centralized Pr

8、ocessing)，协作 式无线电(Collaborative Radio)和实时云计算构架(Real- time Cloud Infrastructure)的绿色无线接入网构架(Clean system)。其本质是通过实现减少基站机房数量，减少能 耗，采用协作化、虚拟化技术，实现资源共享和动态调度 ，提高频谱效率，以达到低成本，高带宽和灵活度的运营 。 HetNet架构的演变 D2D通信 Device-to-Device(D2D)通信是一种在系统的控制下，允 许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术， 它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率， 在一定程度上解决无线通信系统频

9、谱资源匮乏的问题。 在3GPP提出的LTE- A 的研究项目中，需要在LTE 的基 础上提供新的技术来满足IMT- Advanced 的要求，提供更 高的数据速率和系统容量。IMT-A系统在小区蜂窝网络下 允许支持Device-to-Device(D2D)通信来提高频谱利用率 。D2D通信在小区网络的控制下与小区用户共享资源，因 此频谱的利用率将得到提升。此外，它还能带来的好处包 括：减轻蜂窝网络的负担、减少移动终端的电池功耗、增 加比特速率、提高网络基础设施故障的鲁棒性等，还能支 持新型的小范围点对点数据服务。 HetNet架构的演变 多重RAT和虚拟接入网 5G网络技术有一项指标要求支持多

10、重RATs。为了支持多 重RATs 5G系统要支持端到端网络架构和协议，这个协议 把多重RATs整合到一个虚拟RAN并且以透明的方式传送 给终端用户。虚拟RAN通过不同的无线技术实现共同管理 和同步使用无线资源从而提高无线容量，覆盖率。 网络效率使能技术 大规模MIMO 多输入多输出（Multi-input Multi-output ; MIMO） 是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学 模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信 号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息 。 根据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单 输出系统（Single-Input Single-Output，SI

11、SO） ，MIMO此类多天线技术尚包含早期所谓的“智能 型天线”，亦即单输入多输出系统（Single-Input Multi-Output，SIMO）和多输入单输出系统（ Multiple-Input Single-Output，MISO）。 网络效率使能技术 大规模MIMO 网络效率使能技术 大规模MIMO MIMO 接入点到 MIMO 客户端 - 同时发送和接收多个空间流 可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大 。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量， 在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成 倍地提高。 理论容量与天线数关系 网络效率使能技术 大规

12、模MIMO 网络效率使能技术 同步传输和接收 由于物理层技术已经接近香农容量，无法提 供更高的传输速度。但是同步传输接收技 术（STR）能够提供更高的频带利用率在 同样的频带和时间域上。无线回路的点对 点通信频带利用率可以很容易的翻倍。 STR技术可以使节点在发送数据的同时再 相同的频段 时段接收数据。同时STR技术 使得设备可以更容易监控相似的用户下 行。 网络效率使能技术 环境感知 通过实时的从网络，设备，应用，用户获得 环境信息5G系统使用环境感知技术为用户 提供更高的QoE服务，环境信息有如下： 1.设备层 包括电池 Cpu，和设备信息 2.应用层 包括视频服务，Web服务，云服务 3.用户环境 包括用户位置，用户的要求 4.环境情景 包括移动，光照等 网络效率使能技术 5G设备