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1 5G的真相1.1 5G的目标和愿景 移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能移动通信的追求从未停止。为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，第五代移动通信（5G）系统应运而生。 5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。通过5G，人们可以有如下使用体验： [url=]ü 时延：人们可以体验瞬间连接，即应用需展现“瞬间”性能，而无需等待时间：点[/url][t1] 击后马上反应。 远控驾驶场景下，当E2E时延控制在10ms以内，时速90km时远程紧急制动的有效刹车距离不超过25cm。 ü 时延与可靠性：低延迟性和高可靠性能够提高生活品质，例如：无人驾驶汽车、增强型云服务、实时交通管理优化、紧急情况和灾难响应、智能电网、电子医疗或高效工业通讯。 工厂自动化场景要求1ms的时延和极高的可靠性 ü 流量密度：用户将能够在并发用户数庞大的情况下（比如在单位面积内通信密度高、拥有手机和机器/设备数量大的人群中）获得令人满足的最终用户体验。例如，视听内容有望同时覆盖购物商场、体育场、露天庆典或其他吸引多人的公共事件内的整个小区或资讯娱乐应用。 ü 移动性：[url=]在[/url][t2] 高铁或汽车中高速移动中的最终用户能够获得和静止的最终用户（如在家或在办公室）类似的用户体验。（中兴为广东移动做过测试，100km/h，HUAWEI计划在京张高铁部署5G网络，支撑的速度未知） [url=]ü 用户体验速率[/url][t3] ：用户设备将获得更强的媒介消费能力，比如超高清显示、多视角高清显示、移动3D投影、沉浸式视频会议、增强现实和混合现实显示和交互界面等。 在VR场景应用全视角12K 2D视频，用户看到的画面质量接近于在PC上观看2K的效果，需要低于20ms的网络时延和265.5Mbps的下行数据带宽。 在云VR/AR场景中，实时CG类云渲染需要低于5ms的网络时延和100M~9.4Gbps的数据带宽。 远程诊疗中360°+4K 触觉反馈的应用需要低于5ms的网络时延和50Mbps的数据带宽。 无人机巡检、安防、救援场景下的4K视频回传，需要25Mbps的上行速率与小于20ms的控制时延。 ü 连接数密度：所有可能受益于互联互通的对象均可通过有线或无线互联网技术连接。未来连接设备的数量会快速增长，并且有望超过人类用户设备的数量。 到2021年，将有280亿部移动设备实现互联，其中IoT设备将达到160亿部，未来物联网连接数规模将近十万亿。 1.2 能力国际标准组织3GPP为5G定义了以下三大应用场景： eMBB：enhanced Mobile BroadBand（增强型移动宽带增强移动宽带），针对的是大流量移动宽带业务； uRLLC：Ultra-Reliable and Low Latency Communications（低时延高可靠通信），针对无人驾驶等业务； [url=]mMTC[/url][t4] ：massive Machine Type Communications（海量机器类通信），针对大规模物联网业务。 [url=]为应对上述应用场景[/url][t5] ，5G需要具备比4G更高的性能： eMBB场景需要支撑0.1～1Gbps的用户体验速率和数十Gbps的峰值速率。控制面时延10ms、用户面时延4ms。频谱效率是LTE-A的3倍。 uRLLC场景需要支撑在1ms用户面时延的情况下传输32 字节数据的可靠性为1-10-5。对频谱效率无特殊要求 mMTC场景需要支撑每平方公里一百万的连接数密度和每平方公里数十Tbps的流量密度。每天发送200字节上行数据和20字节下行数据、电量存储5Wh的情况下，可不充电运行大于10年。对频谱效率无特殊要求， 其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。5G能力如下表所示： 1.3 uRLLC关键技术与代价1.3.1 更短的子帧结构，更短的TTI间隔，快速收发数据4G/LTE系统帧结构固定，子载波间隔固定为15 kHz，对应一个slot固定长为0.5ms，两个slot组成一个基本传输单位subframe子帧，即1 ms。但是5G/NR帧结构可变，子载波间隔可变(sub 6 GHz最大可为60 kHz)，slot长度随着子载波间隔变大而缩小，60 kHz的子载波间隔对应一个slot长为0.125 ms。时域从1ms到0.125 ms，明显缩短传输时间。 1.3.2 调度单位更短4G/LTE时域上，最小的调度单位是一个子帧，固定为1 ms，5G/NR时域上，最小的调度单位是一个slot，最小为0.125 ms。 1.3.3 调度更灵活对于下行业务，4G/LTE基于调度，不同业务资源不能重叠，从数据开始传输到接收确认至少需要4 ms；基于调度，5G/NR下的URLLC业务的资源可以与其他业务(eMBB业务)重叠，通过抢占指示提高UE解码成功率，并引入自包含的slot结构，数据传输和接收确认可在一个slot里完成，即最快可在0.125 ms内完成数据传输(60 kHz带宽)。 1.3.4 优化PHY和HARQ以降低时延1.3.5 采用宽带传输以提高传输增益和可靠性1.3.6 代价5G采用灵活的帧结构和灵活的调度方式以支撑uRLLC的低时延，付出的代价就是降低了空口数据的传输效率；通过采用更多的传输资源来提高可靠性，代价就是资源占有增多。基本思想就是用资源换时间和可靠性。 1.4 代价与成本5G相对于4G，主要是通过资源的增加来获取性能的提升，并且需付出一定的成本，体现在以下方面： 1. 更大的频谱带宽 5G技术在频谱效率方面相较4G未有重大提升（实际不到3倍），为提供更高的速率，需要采用各大的频谱带宽。 5G采用了更宽的频段范围，FR1的频率范围是450MHz到6GHz，传输带宽最大可为100MHz；FR2的频率范围是24GHz到52GHz，传输带宽最大可为400MHz。 为满足eMBB场景的速率需求，运营商建设5G网络需最少采用连续的100MHz带宽，方可实现大于1.4G的单用户峰值速率。 国内各运营商5G频段如下： 中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的共260MHz带宽5G频率资源，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段，2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE（4G）频段； 中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G频率资源； 中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽的5G频率资源。 中国广电虽然目前没有正式分配，但手握700MHz，在4.9GHz也有可能获得频谱。 2. 大规模天线的应用 为支撑eMBB场景的高速路，5G在加大频谱带宽的同时，需要尽量的提升频谱效率。 5G频谱效率的提升主要依靠采用大规模天线技术。大规模天线的应用使5G可以支撑更多的MIMO流数，因此大幅度提高了单小区的吞吐量。如果不考虑大规模天线的应用，那么相同的频谱带宽下，5G的频谱效率与4G相当。大规模天线的使用同时带来了[url=]天线重量和体积[/url][t6] 的增加，提高了5G天线的部署难度。 如业界典型64通道192天线的AAU产品体积为62L，重量为47kg，16通道192天线的AAU产品体积为49L，重量为37kg， 3. 建网成本提高 5G采用更高的频率以提供更高的网络传输速率，而高频的穿透力相对较弱，在复杂环境中需要通过小型基站进行加强。在实际建设中，对于高密度建筑区等复杂环境，需要建设更多的基站以保证覆盖。 5G低频基站覆盖大约[url=]0.5-1[/url]公里[t7] ，高频28GHz基站覆盖不超过350米。实际建网中需采用小基站来弥补宏基站覆盖不足的地方；典型挂高30m左右，单通道典型发射功率2W至3W，64通道总发射功率128W至192W。 [url=]4. 能耗提高[/url][t8] 5G的基站单站耗电量增加数倍，虽然能效比相比4G大幅提高，但是绝对耗电量仍然大幅增加，运营商的成本压力增大，还需对现网的电源、电网配套等进行扩充。 目前业界5G设备和4G设备的典型功耗如下： 4G基站典型功耗 300W，5G基站典型功耗 600W 4G RRU典型功耗 450W，5G AAU典型功耗1100W 国内某运营商在基站功耗方面的测试数据如下： 1、5G单站功耗是4G单站的2.5~3.5倍，AAU功耗增加是5G功耗增加的主要原因。 2、目前单站满载功率近3700W，需对现网电源、配套进行提前扩容。 需要特别说明的是，虽然5G基站的功耗绝对值在增加，但它的[url=]能效比[/url][t9] 肯定是低于4G的。也就是说，在功耗相同的情况下，5G的网络容量将是4G的几十倍，每bit的耗电量是大幅下降的。 目前5G单站的多用户下行峰值速率是3.5G，LTE多用户下行峰值速率是150M，按5G单站的功耗是4G单站功耗的3倍计算： 3500/3/150= 7.78 即目前5G的每比特耗电量比4G降低了7.78倍 4G 手机典型发射功率23dbm（200mW），5G 手机典型发射功率23dbm至26dbm（400mW）。 5G 手机功耗增加最大的部分就在于射频 PA，由 23dB 提到 26dB，而且经常要顶格发射信号，功耗提升 2~3 倍。 1.5 目前的状态1.5.1 标准化进展5G标准的制定，是遵循一定的规划与节奏进行的。3GPP在5G标准方面目前已进行了两个版本： 第一个是Release15，主要面向eMBB（enhanced Mobile BroadBand增强型移动宽带）场景，包括：NSA（Non-Standalone, 非独立组网）和SA（Standalone，独立组网）两个阶段。其中非独立组网标准已在2018年6月完成，独立组网标准已在2018年12月完成。 Release 15的主要工作是5G初始阶段的定义，即“5G Phase 1”，包含如下内容： ü 5G系统业务（eMBB、CC & uRLLC、mIoT、灵活的网络运营等） ü 5G系统整体架构（NSA & SA） ü 5G核心网（5GC架构、虚拟化部署支撑、基本网络功能、5GC特异性、5GC主要协议） ü 5G无线网（5G RAN与CN功能划分、NSA无线协议架构、SA无线协议架构、5G NR物理层、5GNR高层、5G NR频段） ü 其他5G方面特性（通过双连接支撑5G NR的EPC增强、LTE连接到5GC、Phase 1的5G系统安全性、Phase 1的5G系统计费及OAM） 第二个是Release16，将在2020年6月完成，完成uRLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications低时延高可靠通信）场景相关标准。 Release 16聚焦于垂直应用和整体系统改进相关的功能，是“5G Phase 2”，包含如下内容： ü 5G V2X：瞄准超出LTE V2X范围的高级用例 ü 工业互联网（IIoT）和uRLLC增强：针对工厂中的全部有线以太网替换，增加5G NR能力，具有高可靠性的时间敏感网络（TSN）等 ü 5G NR工作在非授权频段：即包括授权辅助接入（LAA），也包括独立的非授权工作 ü 网络智能化 ü 集成接入回传（IAB） ü 无线有线融合（5WWC） ü 系统改进与增强 1.5.2 标准化进展分析目前5G标准化方面不存在未突破的关键技术，标准化进展程度主要与产业化程度相关，配合产业化的进展开展标准化工作。NOMA等主要关键技术的选择与厂商之间的博弈相关，存在一定的不确定性。 1.5.3 标准实现情况业界厂商中5G设备厂商以大型厂商为主，主要包括HUAWEI、中兴、中国信科、诺基亚、爱立信和SAMSUNG。业界主流厂商在5G标准实现方面的情况如下： ü 5G [url=]eMBB[/url][t10] 场景的标准已经制定完成，各厂商已经有支撑相关标准的产品。 [url=]ü uRLLC[/url][t11] 标准在R16已完成了一版，但目前业界厂商都没有实现。 ü mMTC标准还未制定，规划在R17制定，业界厂商针对各自支撑的技术有一定的测试验证，但未形成产品。 1.5.4 业界产品现状根据运营商组织的测试结果，目前国内主流厂商5G产品能够达到的性能指标如下： 1.5.4.1 覆盖：在城市区域，根据人流密度不同，选择300米到550米间距部署一个基站 密集城区：300米到350米部署一个基站，大约9个基站/平方公里 普通城区：450米到500米部署一个基站，大约6个基站/平方公里 1.5.4.2 单用户峰值：下行单用户峰值约1.4Gbps，上行单用户峰值大于100Mbps 1.5.4.3 小区峰值：下行小区峰值8用户16流>3.5Gbps，上行8流大于400Mbps 1.5.4.4 时延[url=]NSA[/url]控制面时延[t12] ：小于500ms 用户面时延：小于25ms 1.5.4.5 室外遍历覆盖室外拉网速率：下行平均速率大于400Mbps [url=]1.5.4.6 室内覆盖[/url]速率[t13] 下行峰值速率：大于1.2Gbps， 上行峰值速率：大于100Mbps 室内拉网速率：下行平均速率大于600Mbps 1.5.4.7 室外覆盖室内下行：大于130Mbps， 上行：约2Mbps 相比LTE1.8G，NR2.6G室外覆盖室内的下行速率要高一些，上行速率低一些，总体相差不大 1.5.5 国内网络建设进展国内三大运营商都已启动了5G网络的建设和商用，具体如下表所示： | 运营商 | | | | | 室外4.9GHz(100MHz) 2.6GHz(60MHz新增 + 60MHz原有，共120MHz) | 2019年NSA/SA并举 以SA为目标网，预计2020年5G三期采购为SA | 5G一期3~5万站(40+12城市) 5G二期20万站，预计100城市，2019年9月启动采购 | | 室外3.5GHz(100MHz) 室内3.3GHz(100MHz)，与联通共享 | 2019年NSA/SA并举，NSA小范围开展 坚定SA作为商用规模建网方式 | 5G一期2~3万站(46城市) 5G二期预估10万站左右(等待SA，2019年底启动，最晚2020Q1) | | 室外3.5GHz(100MHz) 室内3.3GHz(100MHz)，与电信共享 | 2019年以NSA方式建网 2020年逐渐向SA过渡 | 5G一期3万站(7+33+N城市) 5G二期预计100个城市以上，2019年底启动采购 |
1.6 下一步的发展1.6.1 5G标准的演进3GPP Release 17的工作内容正在规划中，属于“5G Phase 2”的范畴，预计于2019年12月启动。面向mMTC（massiveMachine Type Communications海量机器类通信）场景的标准将在R17版本制定。 Release 17阶段SA可能关注如下领域： ü 垂直应用：关键医疗、未来工厂、UAS、资产追踪 ü 增强：中继、多播-广播、边缘、邻近服务 ü 多USIM设备 ü 沉浸式电话会议和远程呈现 R17阶段RAN可能关注如下领域： ü NR演进 n NR轻量化 n 52.6GHz以上频段NR n 针对IoT/MIMO/NR-U/sidelink/覆盖/双连接DC/CA的增强 ü 新特性 n 非陆地网络（NTN） n 集成接入回传（IAB） n …… 1.6.2 6G相关行业专家预计，5G至少将持续10年，而6G技术要到本世纪30年代才会出现。6G相对于5G会有重大的改进，其主要特征包括： ü 6G将提供比5G更高的数据速率，可能达到每秒1Tb，具有低延迟和高可靠性。 ü 6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到6G移动通信，实现全球无缝覆盖 ü 6G网络的可靠性将大幅提升。通过网络的架构设计、协议设计以及区块链、量子通信等技术的应用，确保网络内生安全，通信可靠性大幅提升。 ü 6G网络将是一个智能的网络，通过引入人工智能技术，网络中的每一个节点都有通信能力和感知和计算能力，每个节点都可具有智能，6G的网络建设、运行也将具有高度智能，网络实现全面自组织、自优化。 6G网络的关键技术可能包含如下技术： ü 空天地一体化通信技术：将卫星通信与地面天线通信相融合。 ü 太赫兹（THz）频段技术：太赫兹频段是指100GHz-10THz，是一个频率比5G高出许多的频段。 ü 大规模“空间复用技术”：6G基站将可同时接入数百个甚至数千个无线连接，其容量将可达到5G基站的1000倍。 ü 引入人工智能技术：网络资源的智能管理技术、网络自组织自由化技术 ü 光子无线通信技术
[t1]定量，根据场景提出指标要求
[t2]查一下具体速度，实际数据
[t3]从场景推出速率具体的需求数据
[t4]八个关键指标的具体数据
[t5]ITU对三个场景的关键指标的分别的描述，是否不只这八个关键指标
[t6]典型天线的重量和体积
[t7]30m左右架高，发射功率？
[t8]终端功耗？
[t9]算一下具体数据
[t10]商飞工业互联网采用的5G技术？在飞机制造方面，商飞搭建了一批5G工业应用场景，用5G+8K视频检测生产安装缺陷，利用5G+AR辅助飞机装配，有效提高了飞机的生产研制效率。
[t11]采用的关键技术，带来的成本
[t12]车联网v2x的典型时延
车联网业务中有关驾驶安全类业务的主要特征是低时延、高可靠。在时延需求上，辅助驾驶要求20~100ms，而自动驾驶要求时延可低至3ms。
LTE-V2X通信时延小于20毫秒
[t13]室外对楼宇的覆盖数据
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发表于 2021-11-13 08:17:56