基本介紹
- 中文名：5GNR
- 外文名：5G New Radio
- 別名：5G
- 屬性：全球性5G標準
- 作用：蜂窩移動技術基礎
- 特點：超低時延、高可靠性
發展,基本概念,網路特點,關鍵技術,超密集異構網路,自組織網路,內容分發網路,D2D 通信,M2M 通信,信息中心網路,套用領域,車聯網與自動駕駛,外科手術,智慧型電網,
發展
5GNR是基於OFDM的全新空口設計的全球性5G標準，也是下一代非常重要的蜂窩移動技術基礎。2016年10月，高通推出的6GHz以下5GNR原型系統和試驗平台，是推動5G邁向商用非常重要的一步。6GHz這段頻段是基於5G達到優質覆蓋非常重要的關鍵，高通在這個原型系統上面套用非常多的技術。
5G NR
2018年6月14日，華為、三星等企業發布新聞公報稱，國際標準組織“第三代合作夥伴計畫”（3GPP）全體會議已批准第五代移動通信技術5G NR的獨立組網標準。
2018年8月，高通公司推出了全球首款面向智慧型手機和其他移動終端的全集成5G新空口（5G NR）毫米波及6GHz以下射頻模組。這兩個分別支持毫米波和6GHz以下的射頻模組，可適應不同區域不同運營商的不同頻段。
5G NR
5G改變世界與我們彼此之間的互相操作，高通這套原型系統不單只是高通系統測試的一個工具，也是整個5G標準化的過程。
基本概念
5G行動網路與早期的2G、3G和4G行動網路一樣，5G網路是數字蜂窩網路，在這種網路中，供應商覆蓋的服務區域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區域。表示聲音和圖像的模擬信號在手機中被數位化，由模數轉換器轉換並作為比特流傳輸。蜂窩中的所有5G無線設備通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動收發器（發射機和接收機）進行通信。收發器從公共頻率池分配頻道，這些頻道在地理上分離的蜂窩中可以重複使用。本地天線通過高頻寬光纖或無線回程連線與電話網路和網際網路連線。與現有的手機一樣，當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時，他們的移動設備將自動“切換”到新蜂窩中的天線。
5G網路的主要優勢在於，數據傳輸速率遠遠高於以前的蜂窩網路，最高可達10Gbit/s，比當前的有線網際網路要快，比先前的4G LTE蜂窩網路快100倍。另一個優點是較低的網路延遲（更快的回響時間），低於1毫秒，而4G為30-70毫秒。由於數據傳輸更快，5G網路將不僅僅為手機提供服務，而且還將成為一般性的家庭和辦公網路提供商，與有線網路提供商競爭。以前的蜂窩網路提供了適用於手機的低數據率網際網路接入，但是一個手機發射塔不能經濟地提供足夠的頻寬作為家用計算機的一般網際網路供應商。
網路特點
- 峰值速率需要達到Gbit/s的標準，以滿足高清視頻，虛擬現實等大數據量傳輸。
- 空中接口時延水平需要在1ms左右，滿足自動駕駛，遠程醫療等實時套用。
- 超大網路容量，提供千億設備的連線能力，滿足物聯網通信。
- 頻譜效率要比LTE提升10倍以上。
- 連續廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100Mbit/s。
- 流量密度和連線數密度大幅度提高。
- 系統協同化，智慧型化水平提升，表現為多用戶，多點，多天線，多攝取的協同組網，以及網路間靈活地自動調整。
以上是5G 區別於前幾代移動通信的關鍵，是移動通信從以技術為中心逐步向以用戶為中心轉變的結果。
關鍵技術
超密集異構網路
5G 網路正朝著網路多元化、 寬頻化、 綜合化、 智慧型化的方向發展。隨著各種智慧型終端的普及，面向 2020 年及以後，移動數據流量將呈現爆炸式增長。在未來 5G 網路中， 減小小區半徑， 增加低功率節點數量，是保證未來 5G 網路支持 1 000 倍流量增長的核心技術之一 。因此， 超密集異構網路成為未來 5G 網路提高數據流量的關鍵技術。
未來無線網路將部署超過現有站點 10 倍以上的各種無線節點，在宏站覆蓋區內，站點間距離將保持 10 m 以內，並且支持在每 1 km2 範圍內為 25 000個用戶提供服務 。同時也可能出現活躍用戶數和站點數的比例達到 1∶ 1的現象， 即用戶與服務節點一一對應。密集部署的網路拉近了終端與節點間的距離，使得網路的功率和頻譜效率大幅度提高，同時也擴大了網路覆蓋範圍，擴展了系統容量，並且增強了業務在不同接入技術和各覆蓋層次間的靈活性。雖然超密集異構網路架構在 5G 中有很大的發展前景，但是節點間距離的減少，越發密集的網路部署將使得網路拓撲更加複雜， 從而容易出現與現有移動通信系統不兼容的問題。在 5G 移動通信網路中，干擾是一個必須解決的問題。網路中的干擾主要有：同頻干擾，共享頻譜資源干擾，不同覆蓋層次間的干擾等。現有通信系統的干擾協調算法只能解決單個干擾源問題，而在 5G 網路中，相鄰節點的傳輸損耗一般差別不大，這將導致多個干擾源強度相近，進一步惡化網路性能，使得現有協調算法難以應對。
準確有效地感知相鄰節點是實現大規模節點協作的前提條件。在超密集網路中，密集地部署使得小區邊界數量劇增，加之形狀的不規則，導致頻繁複雜的切換。為了滿足移動性需求， 勢必出現新的切換算法；另外，網路動態部署技術也是研究的重點。由於用戶部署的大量節點的開啟和關閉具有突發性和隨機性， 使得網路拓撲和干擾具有大範圍動態變化特性；而各小站中較少的服務用戶數也容易導致業務的空間和時間分布出現劇烈的動態變化。
自組織網路
傳統移動通信網路中， 主要依靠人工方式完成網路部署及運維，既耗費大量人力資源又增加運行成本，而且網路最佳化也不理想。在未來 5G 網路中，將面臨網路的部署、 運營及維護的挑戰， 這主要是由於網路存在各種無線接入技術， 且網路節點覆蓋能力各不相同，它們之間的關係錯綜複雜。因此，自組織網路(self-organizing network， SON) 的智慧型化將成為 5G 網路必不可少的一項關鍵技術。
自組織網路技術解決的關鍵問題主要有以下 2點：①網路部署階段的自規劃和自配；②網路維護階段的自最佳化和自癒合。自配置即新增網路節點的配置可實現即插即用，具有低成本、 安裝簡易等優點。自最佳化的目的是減少業務工作量， 達到提升網路質量及性能的效果， 其方法是通過 UE 和eNB 測量，在本地 eNB 或網路管理方面進行參數自最佳化。自癒合指系統能自動檢測問題、 定位問題和排除故障，大大減少維護成本並避免對網路質量和用戶體驗的影響。自規劃的目的是動態進行網路規劃並執行，同時滿足系統的容量擴展、 業務監測或最佳化結果等方面的需求。
內容分發網路
在5G 中， 面向大規模用戶的音頻、視頻、圖像等業務急劇增長， 網路流量的爆炸式增長會極大地影響用戶訪問網際網路的服務質量 。如何有效地分發大流量的業務內容， 降低用戶獲取信息的時延，成為網路運營商和內容提供商面臨的一大難題。僅僅依靠增加頻寬並不能解決問題， 它還受到傳輸中路由阻塞和延遲、 網站伺服器的處理能力等因素的影響，這些問題的出現與用戶伺服器之間的距離有密切關係。內容分發網路(content distribution network， CDN) 會對未來 5G 網路的容量與用戶訪問具有重要的支撐作用。
內容分發網路是在傳統網路中添加新的層次，即智慧型虛擬網路。CDN系統綜合考慮各節點連線狀態、 負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關內容分發至靠近用戶的CDN代理伺服器上， 實現用戶就近獲取所需的信息，使得網路擁塞狀況得以緩解，降低回響時間，提高回響速度。CDN 網路架構在用戶側與源 server 之間構建多個 CDN代理 server，可以降低延遲、 提高 QoS(quality of service)。當用戶對所需內容傳送請求時， 如果源伺服器之前接收到相同內容的請求， 則該請求被 DNS 重定向到離用戶最近的 CDN 代理伺服器上， 由該代理伺服器傳送相應內容給用戶。因此， 源伺服器只需要將內容發給各個代理伺服器， 便於用戶從就近的頻寬充足的代理伺服器上獲取內容， 降低網路時延並提高用戶體驗。隨著雲計算、 移動網際網路及動態網路內容技術的推進， 內容分發技術逐步趨向於專業化、 定製化，在內容路由、 管理、 推送以及安全性方面都面臨新的挑戰。
D2D 通信
在5G 網路中，網路容量、頻譜效率需要進一步提升，更豐富的通信模式以及更好的終端用戶體驗也是 5G 的演進方向。設備到設備通信 ( device-to-device communication，D2D) 具有潛在的提升系統性能、 增強用戶體驗、 減輕基站壓力、 提高頻譜利用率的前景。因此， D2D 是未來 5G 網路中的關鍵技術之一。
D2D 通信是一種基於蜂窩系統的近距離數據直接傳輸技術。D2D 會話的數據直接在終端之間進行傳輸， 不需要通過基站轉發， 而相關的控制信令，如會話的建立、維持、無線資源分配以及計費、鑒權、識別、移動性管理等仍由蜂窩網路負責。蜂窩網路引入 D2D 通信，可以減輕基站負擔， 降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發射功率。當無線通信基礎設施損壞，或者在無線網路的覆蓋盲區，終端可藉助 D2D 實現端到端通信甚至接入蜂窩網路。在 5G 網路中，既可以在授權頻段部署 D2D 通信，也可在非授權頻段部署。
M2M 通信
信息中心網路
隨著實時音頻、 高清視頻等服務的日益激增，基於位置通信的傳統TCP/IP網路無法滿足數據流量分發的要求。網路呈現出以信息為中心的發展趨勢。信息中心網路 ( information-centric network，ICN)的思想最早是 1979 年由 Nelson 提出來的 ，後來被 Baccala 強化。作為一種新型網路體系結構，ICN 的目標是取代現有的 IP。
ICN 所指的信息包括實時媒體流、 網頁服務、多媒體通信等，而信息中心網路就是這些片段信息的總集合。因此，ICN 的主要概念是信息的分發、 查找和傳遞，不再是維護目標主機的可連通性。不同於傳統的以主機地址為中心的TCP/IP網路體系結構，ICN 採用的是以信息為中心的網路通信模型， 忽略IP地址的作用， 甚至只是將其作為一種傳輸標識。全新的網路協定棧能夠實現網路層解析信息名稱、 路由快取信息數據、 多播傳遞信息等功能， 從而較好地解決計算機網路中存在的擴展性、 實時性以及動態性等問題。ICN信息傳遞流程是一種基於發布訂閱方式的信息傳遞流程。
首先，內容提供方向網路發布自己所擁有的內容，網路中的節點就明白當收到相關內容的請求時如何回響該請求。然後，當第一個訂閱方向網路傳送內容請求時，節點將請求轉發到內容發布方，內容發布方將相應內容傳送給訂閱方， 帶有快取的節點會將經過的內容快取。其他訂閱方對相同內容傳送請求時，鄰近帶快取的節點直接將相應內容回響給訂閱方。因此，信息中心網路的通信過程就是請求內容的匹配過程。傳統 IP 網路中，採用的是“推” 傳輸模式，即伺服器在整個傳輸過程中占主導地位，忽略了用戶的地位，從而導致用戶端接收過多的垃圾信息。ICN 網路正好相反，採用“拉” 模式，整個傳輸過程由用戶的實時信息請求觸發， 網路則通過信息快取的方式，實現快速回響用戶。此外，信息安全只與信息自身相關，而與存儲容器無關。針對信息的這種特性，ICN 網路採用有別於傳統網路安全機制的基於信息的安全機制。和傳統的 IP 網路相比，ICN 具有高效性、高安全性且支持客戶端移動等優勢。
套用領域
車聯網與自動駕駛
車聯網技術經歷了利用有線通信的路側單元（道路提示牌）以及2G/3G/4G網路承載車載信息服務的階段，正在依託高速移動的通信技術，逐步步入自動駕駛時代。根據中國、美國、日本等國家的汽車發展規劃，依託傳輸速率更高、時延更低的5G網路，將在2025年全面實現自動駕駛汽車的量產，市場規模達到1萬億美元。
外科手術
2019年1月19日，中國一名外科醫生利用5G技術實施了全球首例遠程外科手術。這名醫生在福建省利用5G網路，操控30英里（約合48公里）以外一個偏遠地區的機械臂進行手術。在進行的手術中，由於延時只有0.1秒，外科醫生用5G網路切除了一隻實驗動物的肝臟。5G技術的其他好處還包括大幅減少了下載時間，下載速度從每秒約20兆位元組上升到每秒50千兆位元組——相當於在1秒鐘內下載超過10部高清影片。5G技術最直接的套用很可能是改善視頻通話和遊戲體驗，但機器人手術很有可能給專業外科醫生為世界各地有需要的人實施手術帶來很大希望。
