5g的關鍵技術有哪些?

基于OFDM優(yōu)化的波形和多址接入

5G采用基于OFDM化的波形和多址接入技術，因為OFDM技術被當今的 4G LTE 和 Wi-Fi 系統(tǒng)廣泛采用，因其可擴展至大帶寬應用，而具有高頻譜效率和較低的數(shù)據(jù)復雜性，能夠很好地滿足 5G 要求。OFDM 技術家族可實現(xiàn)多種增強功能，例如通過加窗或濾波增強頻率本地化、在不同用戶與服務間提高多路傳輸效率，以及創(chuàng)建單載波OFDM波形，實現(xiàn)高能效上行鏈路傳輸。

實現(xiàn)可擴展的OFDM間隔參數(shù)配置

通過OFDM子載波之間的15kHz間隔(固定的OFDM參數(shù)配置)，LTE最高可支持20 MHz的載波帶寬。為了支持更豐富的頻譜類型/帶(為了連接盡可能豐富的設備，5G將利用所有能利用的頻譜，如毫米微波、非授權頻段)和部署方式。5G NR將引入可擴展的OFDM間隔參數(shù)配置。這一點至關重要，因為當FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換)為更大帶寬擴展尺寸時，必須保證不會增加處理的復雜性。而為了支持多種部署模式的不同信道寬度， 5G NR必須適應同一部署下不同的參數(shù)配置，在統(tǒng)一的框架下提高多路傳輸效率。另外，5G NR也能跨參數(shù)實現(xiàn)載波聚合，比如聚合毫米波和6GHz以下頻段的載波。

OFDM加窗提高多路傳輸效率

5G將被應用于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，這意味著會有數(shù)十億設備在相互連接，5G勢必要提高多路傳輸?shù)男?，以應對大?guī)模物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)。為了相鄰頻帶不相互干擾，頻帶內(nèi)和頻帶外信號輻射必須盡可能小。OFDM能實現(xiàn)波形后處理(post-processing)，如時域加窗或頻域濾波，來提升頻率局域化。

靈活的框架設計

設計5G NR的同時，采用靈活的5G網(wǎng)絡架構，進一步提高5G服務多路傳輸?shù)男省＿@種靈活性既體現(xiàn)在頻域，更體現(xiàn)在時域上，5G NR的框架能充分滿足5G的不同服務和應用場景。這包括可擴展的時間間隔(STTI，Scalable Transmission Time Interval )，自包含集成子幀(Self-contained integrated subframe)。

先進的新型無線技術

5G演進的同時，LTE本身也還在不斷進化(比如最近實現(xiàn)的千兆級4G+)，5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先進技術，如載波聚合、MIMO、非共享頻譜等。這包括眾多成熟的通信技術：

大規(guī)模MIMO：從2×2提高到了目前4×4 MIMO。更多的天線也意味著占用更多的空間，要在空間有限的設備中容納進更多天線顯然不現(xiàn)實，只能在基站端疊加更多MIMO。從目前的理論來看，5G NR 可以在基站端使用最多256根天線，而通過天線的二維排布，可以實現(xiàn)3D波束成型，從而提高信道容量和覆蓋。

毫米波：全新5G技術正首次將頻率大于24GHz以上頻段(通常稱為毫米波)應用于移動寬帶通信。大量可用的高頻段頻譜可提供極致數(shù)據(jù)傳輸速度和容量，這將重塑移動體驗。但毫米波的利用并非易事，使用毫米波頻段傳輸更容易造成路徑受阻與損耗(信號衍射能力有限)。通常情況下，毫米波頻段傳輸?shù)男盘柹踔翢o法穿透墻體，此外，它還面臨著波形和能量消耗等問題。

頻譜共享：用共享頻譜和非授權頻譜，可將5G擴展到多個維度，實現(xiàn)更大容量、使用更多頻譜、支持新的部署場景。這不僅將使擁有授權頻譜的移動運營商受益，而且會為沒有授權頻譜的廠商創(chuàng)造機會，如有線運營商、企業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)，使他們能夠充分利用5G NR技術。5G NR原生地支持所有頻譜類型，并通過前向兼容靈活地利用全新的頻譜共享模式。

先進的信道編碼設計：目前LTE網(wǎng)絡的編碼還不足以應對未來的數(shù)據(jù)傳輸需求，因此迫切需要一種更高效的信道編碼設計，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并利用更大的編碼信息塊契合移動寬帶流量配置，同時，還要繼續(xù)提高現(xiàn)有信道編碼技術(如LTE Turbo)的性能極限。 LDPC的傳輸效率遠超LTE Turbo，且易平行化的解碼設計，能以低復雜度和低時延，擴展達到更高的傳輸速率。

超密集異構網(wǎng)絡

5G網(wǎng)絡是一個超復雜的網(wǎng)絡，在2G時代，幾萬個基站就可以做全國的網(wǎng)絡覆蓋，但是到了4G中國的網(wǎng)絡超過500萬個。而5G需要做到每平方公里支持100萬個設備，這個網(wǎng)絡必須非常密集，需要大量的小基站來進行支撐。同樣一個網(wǎng)絡中，不同的終端需要不同的速率、功耗，也會使用不同的頻率，對于QoS的要求也不同。這樣的情況下，網(wǎng)絡很容易造成相互之間的干擾。5G網(wǎng)絡需要采用一系列措施來保障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務在網(wǎng)絡中的實現(xiàn)、各種節(jié)點間的協(xié)調(diào)方案、網(wǎng)絡的選擇以及節(jié)能配置方法等。

在超密集網(wǎng)絡中，密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增，小區(qū)形狀也不規(guī)則，用戶可能會頻繁復雜地切換。為了滿足移動性需求，這就需要新的切換算法。

總之，一個復雜的、密集的、異構的、大容量的、多用戶的網(wǎng)絡，需要平衡、保持穩(wěn)定、減少干擾，這需要不斷完善算法來解決這些問題。

網(wǎng)絡的自組織

自組織的網(wǎng)絡是5G的重要技術，這就是網(wǎng)絡部署階段的自規(guī)劃和自配置;網(wǎng)絡維護階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置即新增網(wǎng)絡節(jié)點的配置可實現(xiàn)即插即用，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點。自規(guī)劃的目的是動態(tài)進行網(wǎng)絡規(guī)劃并執(zhí)行，同時滿足系統(tǒng)的容量擴展、業(yè)務監(jiān)測或優(yōu)化結果等方面的需求。自愈合指系統(tǒng)能自動檢測問題、定位問題和排除故障，大大減少維護成本并避免對網(wǎng)絡質(zhì)量和用戶體驗的影響。

SON技術應用于移動通信網(wǎng)絡時，其優(yōu)勢體現(xiàn)在網(wǎng)絡效率和維護方面，同時減少了運營商的支出和運營成本投入。由于現(xiàn)有的 SON 技術都是從各自網(wǎng)絡的角度出發(fā)， 自部署、自配置、自優(yōu)化和自愈合等操作具有獨立性和封閉性，在多網(wǎng)絡之間缺乏協(xié)作。

網(wǎng)絡切片

就是把運營商的物理網(wǎng)絡切分成多個虛擬網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡適應不同的服務需求，這可以通過時延、帶寬、安全性、可靠性來劃分不同的網(wǎng)絡，以適應不同的場景。通過網(wǎng)絡切片技術在一個獨立的物理網(wǎng)絡上切分出多個邏輯網(wǎng)絡，從而避免了為每一個服務建設一個專用的物理網(wǎng)絡，這樣可以大大節(jié)省部署的成本。

在同一個5G網(wǎng)絡上，通過技術電信運營商會把網(wǎng)絡切片為智能交通、無人機、智慧醫(yī)療、智能家居以及工業(yè)控制等多個不同的網(wǎng)絡，將其開放給不同的運營者，這樣一個切片的網(wǎng)絡在帶寬、可靠性能力上也有不同的保證，計費體系、管理體系也不同。在切片的網(wǎng)絡中，各個業(yè)務提供商，不是如4G一樣，都使用一樣的網(wǎng)絡、一樣的服務。很多能力變得不可控。5G切片網(wǎng)絡，可以向用戶提供不一樣的網(wǎng)絡、不同的管理、不同的服務、不同的計費，讓業(yè)務提供者更好地使用5G網(wǎng)絡。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡

在5G網(wǎng)絡中，會存在大量復雜業(yè)務，尤其是一些音頻、視頻業(yè)務大量出現(xiàn)，某些業(yè)務會出現(xiàn)瞬時爆炸性的增長，這會影響用戶的體驗與感受。這就需要對網(wǎng)絡進行改造，讓網(wǎng)絡適應內(nèi)容爆發(fā)性增長的需要。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中添加新的層次，即智能虛擬網(wǎng)絡。CDN 系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務器上、實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡擁塞狀況得以緩解，縮短響應時間，提高響應速度。

源服務器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個代理服務器，便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務器上獲取內(nèi)容，降低網(wǎng)絡時延并提高用戶體驗。CDN技術的優(yōu)勢正是為用戶快速地提供信息服務，同時有助于解決網(wǎng)絡擁塞問題。CDN技術成為5G必備的關鍵技術之一 。

設備到設備通信

這是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術。設備到設備通信(D2D)會話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進行傳輸，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，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(wǎng)絡負責。蜂窩網(wǎng)絡引入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(fā)射功率。當無線通信基礎設施損壞，或者在無線網(wǎng)絡的覆蓋盲區(qū)，終端可借助D2D實現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡。在 5G 網(wǎng)絡中，既可以在授權頻段部署D2D通信，也可在非授權頻段部署。

邊緣計算

在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡服務響應，滿足行業(yè)在實時業(yè)務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。5G要實現(xiàn)低時延，如果數(shù)據(jù)都是要到云端和服務器中進行計算機和存儲，再把指令發(fā)給終端，就無法實現(xiàn)低時延。邊緣計算是要在基站上即建立計算和存儲能力，在最短時間完成計算，發(fā)出指令。

軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡虛擬化

SDN架構的核心特點是開放性、靈活性和可編程性。它主要分為三層：基礎設施層位于網(wǎng)絡最底層，包括大量基礎網(wǎng)絡設備，該層根據(jù)控制層下發(fā)的規(guī)則處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);中間層為控制層，該層主要負責對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的資源進行編排，控制網(wǎng)絡拓撲、收集全局狀態(tài)信息等;最上層為應用層，該層包括大量的應用服務，通過開放的北向API對網(wǎng)絡資源進行調(diào)用。NFV作為一種新型的網(wǎng)絡架構與構建技術， 其倡導的控制與數(shù)據(jù)分離、軟件化、虛擬化思想，為突破現(xiàn)有網(wǎng)絡的困境帶來了希望。

5G是一個復雜的體系，在5G基礎上建立的網(wǎng)絡，不僅要提升網(wǎng)絡速度，同時還提出了更多的要求。未來5G網(wǎng)絡中的終端也不僅是手機，而是有汽車、無人駕駛飛機、家電、公共服務設備等多種設備。4G改變生活，5G改變社會。5G將會是社會進步、產(chǎn)業(yè)推動、經(jīng)濟發(fā)展的重要推進器。

以上就是5g的關鍵技術有哪些的簡單介紹，希望對大家有所幫助。