闵应骅的博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/ymin 一位IEEE终身Fellow对信息科学及其发展的看法

博文

下一代移动通信标准5G(151026) 精选

已有 7896 次阅读 2015-10-26 08:37 |个人分类:网络|系统分类:科研笔记|关键词:学者| 移动通信

下一代移动通信标准5G(151026)

闵应骅

   

移动通信技术发展特快,以致手机几乎人手一个,甚至是好几个。移动通信技术从2G,3G,到4G,现在要谈5G了。本月的IEEE Spectrum上说,通信专家早就梦想下一代的通信标准5G,但是,5G要做什么?怎么做?还是一个朦胧的问题。美国NSF的一位专家说:“5G是人们想聚合起来的一堆技术,什么该优先做、怎么做?”这问题必须回答,而且回答这个问题的压力在增加。5年内,网络服务提供商需要新的网络推进物联网,任何东西,像智能汽车、家庭、温度计、可携带的声纳捕鱼探测器都要上网。今年10月,国际电信联盟(ITU)将给5G下个定义。ITU的IMT2020小组评估了60个方案)不知道有没有中国人提的方案?),并选出第一个5G蓝图。该草稿展示5G有线网络基础设施主要的差异,譬如软件和高级网络结构。它将建议潜在的技术改进和需要首先开发的5G部件的时间表。

   今年6月,工作组发布了5G的目标,譬如数据速率达到20Gbps,连接在小地区内大量军事设备的能力,减少能源消耗等。由于网络的升级,在5G上冲浪可能比Wi-Fi快。当无线网络设备不断增多,我们会有更多的数据、更广的频谱。按照Cisco的统计,2013和2014年数据消费量每月达到2.5×260字节,专家预计,到2019年将达到24.3×260字节以上。今天的4G LTE不可能满足要求。2015年12月,ITU这个工作组将给出有线宽频通信更加明确的要求。

   那么,5G要做什么和怎么做呢?大约有以下几方面及其相关的技术:

1.数据速率

   最大数据传输速率将比4G LTE提高20倍,即20Gb/s,平均用户感知的速率提高10-100倍。推荐的技术是大规模多输入多输出(MIMO),和毫米波频谱。工程师们可以演示,在毫米波长频率(30-300GHz)下,移动数据速度高于1Gb/s。这将扩展移动电话的频谱范围,因为今天所用的超高频带很重要但太有限。使用毫米波长的办法之一是用大规模多输入多输出(MIMO),它用一个大的天线阵列去控制和最后聚焦射电波束,以冲击接收器。工程师已经可以在一个便利贴大小的地方设置64个天线。

2.频谱效率

   5G将从以下三方面改进向地传输链路频谱效率(b/s/Hz),即每赫兹每秒多少位,譬如4G时是1.5 b/s/Hz,而5G达到4.5b/s/Hz。主要技术包括设备到设备(D2D)通信,全双工系统,和大规模MIMO。设备到设备(D2D)通信可以让两个邻近的设备不经过网络直接通信。跳过基站意味着设备得到消息时少了一个步骤。全双工系统使得数据的传送和接收可以同时,而且在同一个频率上。

3.数据处理

   每平方米内每秒的数据处理能力由0.1M b/s/m2达到10M b/s/m2,即提高100倍。推荐技术是D2D,毫米波长频谱,无线接入网络虚拟化和小型基站。无线接入网虚拟化是指通用无线接入网处理器功能可以虚拟化到云。今天的无线接入网是由许多单个基站组成的,而用虚拟化网络,多服务提供商可以实际地分享同一个数据中心平台,而对连接强度没有任何影响。

4.设备密度

   每平方公里的设备数由4G时候的10万增加到100万,连接到网络。主要技术是D2D,和小基站。增加小蜂窝基站的数量可以增加带宽,从而提供设备获得几百Mbps的能力。

5.移动性

   4G可以以350公里/小时速度移动数据到设备,而5G则以500公里/小时速度移动数据到设备。主要技术是异构网络体系结构。异构网络是指由微蜂窝、小蜂窝、宏蜂窝和不同层次构成的网络。这些网络要根据设备与基站之间的距离提供合适的覆盖。这些网络也要能进行实时的位置跟踪和基站之间的快速切换,使得当设备快速移动时也能继续工作。

6.传输延迟

   5G的传输延迟(毫秒级)将是4G的1/10。主要技术是D2D,邻近用户的内容缓存。邻近用户的内容缓存是把经常存取的信息缓存到与用户很近的地方,以便节省时间。

7.能量

   4G传输1000位的数据包需要1毫焦耳,而5G提高效率100倍,即只需要0.01毫焦耳。主要技术是大规模MIMO。

   一不小心,可能把bps和Bps混淆起来。前者指bits,后者指Bytes,相差8倍。我家的网付钱的时候是按100M缴的,可实际我得到的常常低于1M Bps。网络服务提供商说达到10MBps就算合格,用户毫无办法。当然也有达到10MBps的时候。每当门洞里用户大家都用时,网速就下来了。所以可能还是设备密度不够,连接同一个设备(譬如交换机或基站)的用户太多。5G提上日程,对企业和用户都是好事,许多科研工作有待开展。但是,根据3G的经验教训,我们的研究一定要面向世界,与国际接轨。自己单搞一套,只会自吃苦头。要把我们的研究成果融入国际研究主流中去。

 




http://blog.sciencenet.cn/blog-290937-931039.html

上一篇:火星上穿什么衣服?(151019)
下一篇:从分子电子学的沉浮看创新(151102)

19 许培扬 陈南晖 陈琦 李学宽 罗汉江 张忆文 杨正瓴 王小平 王扬 蔡小宁 杨海涛 陆泽橼 徐晓 何乐群 peosim biofans zhon zjzhaokeqin zguodong2006

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (20 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-6-2 04:30

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部