Beşinci Nesil Mobil İletişim Sisteminin "Akademik Rapor" Araştırması ve Analizi
Özet:
Beşinci nesil mobil iletişimin (5G) temel özelliklerinin daha ayrıntılı bir açıklaması, gereksinimlerinin ve geliştirme hatlarının analizi, 5G ağ mimarisi üzerine araştırma ve mobil iletişim teknolojisinin geliştirme yasasına göre olası kullanımı üzerine araştırma Anahtar teknolojiler; son olarak, 5G kablosuz ağların kapasitesini geliştirmek için araştırma talimatları ve benimsenen anahtar teknolojiler önerilmiştir
0 Önsöz
İlk nesil mobil iletişimden (1G) mevcut dördüncü nesil mobil iletişim teknolojisine (4G), iletişim teknolojisi dünyayı sarsan gelişmelerden geçti. 1G temel olarak sesli iletişimdir, 2G sesli iletişim temelinde belirli miktarda veri hizmetine sahiptir, 3G hizmetleri İnternet ile kablosuz iletişimi bağlar ve 4G iletişimi daha büyük bir veri hacmine sahiptir. Ancak mevcut iletişim teknolojisi artan miktarda veriyi karşılayamadığından 5G teknolojisinin gelişmesi kaçınılmaz olacaktır. Bu makale 5G'nin temel özelliklerini, geliştirme hatlarını, ağ mimarisini ve 5G araştırması için büyük önem taşıyan 5G ağlarının kapasitesini artırma yöntemlerini tanıtacaktır.
15G özellikleri
5G ağı beş uygulama senaryosu içerir: her zaman ve her yerde en iyi deneyim; büyük ölçekli kalabalıkları desteklemek; ultra yüksek hızlı senaryolar; ultra güvenilir gerçek zamanlı bağlantılar; nesneler arasında her yerde bulunan iletişim. 5G aşağıdaki özelliklere sahiptir:
(1) 4G ağı ile karşılaştırıldığında, 5G ağının en yüksek hızının 10 kat artırılarak 10 Gb / sn'nin üzerine çıkması gerekir.
(2) 4G şebekesi ile karşılaştırıldığında, gecikme ultra düşük ve güvenilirlik yüksektir, servis gecikmesi 5 ms'den azdır ve 450 km / s'lik yüksek hızlı ortamda iletişim gerçekleştirilebilir.
(3) 4G ağları ile karşılaştırıldığında, 5G ağları yüksek spektrum kullanımına sahiptir ve ortalama spektrum verimliliğinin 5 ila 10 kat artırılması gerekir.Frekans kullanımını iyileştirmek için evrim ve frekans çarpımı veya sıkıştırma gibi yenilikçi teknolojiler kullanılacaktır.
(4) Genel kullanıcılar 10 Mb / s hızına, özel kullanıcılar ise 100 Mb / s hızına ulaşabilir.
(5) Ağa bağlı mobil cihazların sayısı 100 kat arttı ve ağ kapasitesi 1.000 kat arttı.
(6) Daha çevreci ve enerji tasarrufu sağlayan bir 5G sistemi için, iletişim enerjisi tüketimi mevcut ağın onda biri olacaktır.
25G geliştirme hattı
Şekil 1, 5G teknolojisinin ana gelişim yollarını kısaca açıklamaktadır.Mobil iletişimin gelişme durumu ve teknoloji, standartlar ve endüstrilerin evrim eğilimi perspektifinden, evrim, entegrasyon ve yenilik, gelecekteki 5G teknoloji standartlarının geliştirilmesi için üç ana yoldur.
(1) Ana evrim yolu
İlk olarak, LTE / LTE-Advanced tarafından temsil edilen hücresel evrim yolu. LTE / LTE-Advanced, halihazırda küresel olarak birleştirilmiş bir 4G standardıdır ve 5G aşamasında gelişmeye devam edecektir. Frekans bölümü / zaman bölümü ve geniş bant kod bölümü çoklu erişiminden, 5G'ye evrimleşirken, ortogonal frekans bölümü çoklu erişimine, ortogonal olmayan çoklu erişim teknolojisi benimsenebilir. Bu evrim yönü, esas olarak kaynak kullanımının verimliliğini artırır.
İkincisi, WLAN gibi kablosuz teknolojiler yönündeki evrim. WLAN, bugün dünyadaki en popüler geniş bant kablosuz erişim teknolojilerinden biridir.Yeni nesil WLAN standardı "Yüksek verimli WLAN" üzerine yapılan araştırma, operatörlerin hizmet yeteneklerini daha da geliştirecek ve WLAN teknolojisi ile hücresel ağların entegrasyonunu teşvik edecektir.
Son olarak, küçük hücre teknolojisi yönündeki evrim. Hücresel kapsama alanı giderek azalmaktadır ve hücresel kapsama alanının azalması, özellikle yüksek oranda ticarileştirilmiş alanlarda, gelecekteki ağ gelişiminde bir eğilimdir. Bununla birlikte, küçük hücrelerin rastgele yerleştirme özellikleri, erişim aktarım hızını ve ağ kapasitesini artırmak için kaçınılmaz olarak küçük hücrelerin yoğun ve hatta çok yoğun dağılımına yol açar.
(2) Entegrasyonun üç yönü
Her şeyden önce, çok alanlı sınır ötesi entegrasyon. 5G ağlarının, çeşitli cihazların çeşitli kablosuz bağlantı gereksinimlerini karşılamak için birden çok alandan teknolojileri entegre edebilmesi gerekir.
İkincisi, çoklu sistem entegrasyonu. Temel olarak karasal mobil iletişim ve uydu mobil iletişiminin, dijital yayın iletişiminin ve hücresel iletişimin, mobil hücresel sistemlerin ve geniş bant erişim sistemlerinin, kısa mesafeli iletim sistemlerinin ve diğer sistemlerin entegrasyonunu içerir.
Ek olarak, multi-RAT / multi-layer / multi-connection entegrasyonu, çoklu erişim teknolojileri (2G / 3G / 4G / 5G) ve multi-layer kapsama (Macro / Micro / Pico / Femto), multi-link (Relay, D2D, UE-Relay) yakından bağlantılıdır, koordine eder ve işbirliği yapar ve kullanıcılara müşterek olarak hizmet verir.
(3) 5G'nin geliştirilmesi, destek olarak yenilikçi teknolojiye ihtiyaç duyar. İçindekiler: Spektrumun ve yüksek frekans bantlarının esnek manipülasyonu dahil, frekans kullanımı için yeni teknolojiler; Tam çift yönlü teknoloji, ortogonal olmayan eşzamanlı olmayan çoklu erişim teknolojisi ve açısal momentum modülasyon teknolojileri gibi yeni hava arayüz teknolojileri; Yeni 5G kablosuz Ağ mimarisi.
35G ağ mimarisi
Şekil 2, üç ana modüle bölünebilen bir 5G ağ mimarisini göstermektedir: ağ senaryoları, erişim ağları ve çekirdek ağlar.
(1) Sahneler analiz edilirken, iç ve dış sahnelere bölünebilir. Dış mekan kapsama alanını iyileştirmek için hücre baz istasyonları, devasa MIMO ve dağıtılmış antenler kullanır ve sanal hücreleri yerleştirmek için makro hücrelerin eksikliklerini gidermek için; iç mekanlarda yüksek hızlı iletim elde etmek için, iç mekan terminalleri doğrudan dış mekan büyük ölçekli anten dizileriyle iletişim kurarak uygulanabilir olanı tam olarak kullanır Kısa mesafeli iletişim teknolojisi.
(2) Erişim ağı tasarımı esas olarak üç noktayı içerir: Birincisi, heterojen çoklu erişim teknolojilerinin entegrasyonu: 5G, UTMS, LTE, WiFi vb. Entegrasyonu dahil; ikincisi, kaynakların merkezi olarak tahsisi, baz istasyonu kaynaklarının sanallaştırılması ve spektrum kaynaklarının entegrasyonu Dinamik kullanım. Ek olarak, iletim yolunun optimizasyonu, veri düzlemi tasarımını düz hale getirir.
(3) Çekirdek ağ tasarımı temel olarak iki nokta içerir: Birincisi, kontrol ve iletmenin ayrılması ve fiziksel donanım ile mantığın ayrılması dahil olmak üzere ayrımı gerçekleştirin; ikincisi, iş algısını geliştirin ve dinamik veri iletimini karşılayın.
45G temel teknolojilerine genel bakış
4.1 Yüksek bant iletim teknolojisi
Şu anda, mobil iletişim sistemleri çoğunlukla düşük frekans bantlarında çalışırken, yüksek frekans bantlarında 3 GHz üzerindeki kullanım daha azdır.Gelecekte, kablosuz iletişimin sistem kapasitesini artırmak için yüksek frekans bant iletim teknolojisini kullanması gerekmektedir.
4.2 MIMO teknolojisi
MIMO kanal kapasitesi, minimum verici ve alıcı anten sayısıyla benzer bir doğrusal artışa sahiptir. Birden fazla anten ekleyerek, daha fazla bilgi ve veriyi barındırmak için kablosuz kanala daha fazla özgürlük getirilebilir. MIMO, sistemin verim ve iletim mesafesini büyük ölçüde artırabilir Büyük ölçekli çoklu anten teknolojisinin kullanılması MIMO, sistemin spektrum kullanımını ve iletim güvenilirliğini iyileştirmek için etkili bir araç haline geldi ve ağ sisteminin kapasitesini büyük ölçüde artırmak için etkili bir yol sağlar.
4.3 Eşzamanlı aynı frekansta tam çift yönlü
Mevcut kablosuz iletişim sisteminde, teknik koşulların sınırlandırılması nedeniyle, eş zamanlı, ortak frekanslı ve iki yönlü iletişimin tam çift yönlü iletişimi gerçekleştirilemez.İki yönlü bağlantılar, TDD ve FDD yöntemlerine karşılık gelen zaman veya frekans ile ayırt edilir. Mevcut ağ, eşzamanlı ve aynı frekanslı iki yönlü iletişimi gerçekleştiremediğinden, kablosuz kaynakların yarısı boşa harcanır ve tam çift yönlü teknoloji teorik olarak spektrum kullanım oranını ikiye katlayabilir.
4.4 D2D iletişim teknolojisi
Şekil 3'te gösterilen D2D iletişimi, D2D, kısa mesafeli cihazlar arasında doğrudan iletişimi gerçekleştirebilir ve yüksek kanal kalitesi, düşük gecikme süresi, daha yüksek veri hızı ve daha düşük güç tüketimi avantajlarına sahiptir; geniş çapta dağıtılmış terminal cihazlarının kullanılması kapsama alanını artırabilir Ve spektrum kaynaklarının kullanımını iyileştirin; Gelecekteki 5G ağında, D2D doğrudan iletişim teknolojisi, baz istasyonlarının aktarımı olmadan iletişim cihazları arasında doğrudan iletişimi gerçekleştirebilir ve ağ bağlantılarını ve erişim yöntemlerini genişletebilir.
4.5 Ultra yoğun ağ dağıtımı
5G çeşitlendirilmiş, geniş bantlı ve akıllı bir ağ olmalıdır ve iç ve dış senaryoların veri gereksinimlerini karşılamak için daha yoğun ağlar konuşlandırılacaktır. Yoğun ağların artan sinyal-gürültü oranı kazancı, büyük ölçekli antenlerden daha büyüktür, bu da son kullanıcı deneyimini geliştirir ve sistem kapasitesini büyük ölçüde artırır.Daha esnek ağ dağıtımına ve daha verimli spektrum verimliliğine sahiptir. özelliği.
4.6 Yeni ağ mimarisi teknolojisi
5G ağ mimarisi, düşük gecikme süresi, düşük maliyet, düzlük ve kolay bakım avantajlarına sahip olacak. Yeni kablosuz erişim ağı mimarisi, işbirlikçi radyo teknolojisi, merkezi işlem teknolojisi ve gerçek zamanlı bulut bilgi işlem mimarisi teknolojisine dayalı avantajlara sahiptir. Özü, uzak antenler ve merkezi düğümler arasında kablosuz sinyalleri doğrudan iletmek için düşük maliyetli, yüksek hızlı optik iletim ağlarından tam olarak yararlanmak ve yüzlerce baz istasyonu hizmet alanını, hatta yüzlerce kilometre kareyi kapsayan bir kablosuz erişim sistemi oluşturmaktır.
4.7 Ağ Akıllı Teknolojisi
Gelecekte, ağ zekası teknolojisi 5G ağları için önemli bir teknoloji olacaktır.Ağ akıllı kendi kendine organizasyon işlevini gerçekleştirmek için akıllı konfigürasyon, akıllı tanımlama ve otomatik mod değiştirme avantajlarına sahip olmalıdır. Kendi kendini organize eden ağ temel olarak, ağın akıllı ağ planlama, dağıtım, bakım, optimizasyon ve sorun giderme avantajlarını gerçekleştirmek için kendi kendini düzenleme yeteneklerine, yani kendi kendini yapılandırma, kendi kendini optimizasyon, kendi kendini iyileştirme vb.
4.8 Çoklu taşıyıcı teknolojisi
5G sistemlerinde, yüksek veri hızlarına ulaşmak için, 1 GHz'e kadar yüksek bant genişlikleri gerekebilir. Bununla birlikte, düşük frekans bantlarında sürekli geniş bant spektrum kaynaklarını elde etmek zordur. Bu frekans bantlarında, TV ağ sistemleri gibi bazı kablosuz iletim sistemleri beyaz spektrum kaynaklarına sahiptir. Bu beyaz spektrumların konumları süreksiz olabilir ve bu spektrumların kullanımını gerçekleştirmek için 5G'de yeni çoklu taşıyıcı teknolojilerinin kullanılabileceği umulmaktadır.
4.9 Yazılım Tanımlı Kablosuz Ağ
Geleneksel İnternet ağı mimarisinde, kontrol ve yönlendirme entegre edilmiştir, ağ ara bağlantı düğümleri (yönlendiriciler, anahtarlar gibi) kapalıdır ve yönlendirme kontrolleri yerel olarak yapılmalıdır, bu da kontrol işlevlerini çok karmaşık ve ağ teknolojisi yeniliklerini karmaşık hale getirir. Derecesi yüksektir. Yazılım tanımlı ağ oluşturmanın temel fikri, yönlendiricideki yönlendirme karar verme ve diğer kontrol işlevlerini ekipmandan ayırır ve merkezi kontrolör, yönlendirme ve kontrol ayrımını gerçekleştirmek için yazılımı yazılım aracılığıyla kontrol ederek kontrolü daha esnek ve ekipmanı daha basit hale getirir. .
55G sistem kapasitesini iyileştirme araştırması
(1) Ağ kapasitesini artırmak için "heterojen koordinasyon" yöntemini benimseyen "heterojen koordinasyon", verimli, açık, ölçeklenebilir, güvenilir ve akıllı bir kablosuz ağ yapısı, yeni kablosuz iletişim ağı mimarisi, yeni frekans bandı iletişim teknolojisi ve verimli kablosuz İletişim teknolojileri, ağ kapasitesini artırmak için birlikte çalışır.
(2) Daha fazla spektrum kullanın. Küçük hücrelere daha uygun hale getirmek için yüksek frekans bandı kaynaklarını geliştirin ve kullanın; ayrıca, "beyaz spektrum" ve görünür ışık iletişimi gibi teknik kaynakları geliştirin ve kullanın.
(3) Spektrum kullanımının verimliliğini artırın. İlk olarak, spektrumun verimli kullanımı (akıllı anten teknolojisi gibi) spektrum verimliliğini artırabilir; ikincisi, spektrum kaynak kullanımını teşvik etmek için zaman-frekans-uzay çok boyutlu spektrumun dinamik tahsisi ile birlikte geleneksel statik spektrum tahsis yöntemlerinin sınırlamalarını kırmak için dinamik spektrum tahsis stratejileri kullanılır. Spektrum kullanımının verimliliğini artırma amacına ulaşmak akıllıca olabilir; son olarak, yeni kablosuz erişimin çoklu erişim teknolojisini benimseyin ve ortogonal olmayan çoklu erişim teknolojisini deneyin.
(4) Yeni kablosuz iletim teknolojisi. İlk olarak, verimli iletim için devasa MIMO ve 3D MIMO kullanın; ayrıca elektromanyetik girdap kablosuz iletim teknolojisi gibi elektromanyetik dalgaların açısal momentum özelliklerine dayalı yeni kablosuz iletim teknolojisini kullanın.
(5) Daha fazla baz istasyonu (daha küçük hücreler). Hücrelerin yerleştirilmesi daha yoğundur ve tek bir hücrenin kapsamı büyük ölçüde azalır.
(6) Eşzamanlı ve aynı frekanslı iki yönlü iletişimin tam çift yönlü teknolojisi.
6. Sonuç
Bu makale, 5G iletişiminin geliştirme vizyonunu ve özelliklerini ayrıntılı olarak inceler ve 5G ağının talep analizini ayrıntılı olarak inceler, 5G iletişiminin geliştirme hatlarını inceler, 5G ağ mimarisinin ana bölümlerini açıklar ve 5G mobil iletişimin birkaç temel teknolojisini inceler. Son olarak, 5G kablosuz ağ kapasitesinin iyileştirilmesine yönelik araştırma yönü ve benimsenen, kablosuz ağ kapasitesinin iyileştirilmesi için önemli pratik önemi olan temel teknolojiler ortaya konmuştur. Teknolojinin sürekli gelişmesiyle birlikte, 5G standardizasyon sürecini hızlandıran 5G temel çekirdek teknolojileri kademeli olarak belirlenecek.
Referanslar
Dong Li, Chen Jinying, Liu Shilin vb. Beşinci Nesil Mobil İletişim Üzerine Ön Çalışma İletişim ve Bilgi Teknolojileri, 2013 (5): 53-55.
Singh Sapana, Singh Pratap. 5G mobil teknolojisi için temel kavramlar ve ağ mimarisi. Uluslararası Bilimsel Araştırma Mühendisliği ve Teknolojisi Dergisi, 2012, (5): 165-170.
Di Guannan, Li Zhaoyong. 5G kablosuz iletişim teknolojisi kavramı ve ilgili uygulamalar Telekomünikasyon Ağ Teknolojisi, 2013 (9): 1-6.
WANG C X, HAIDER F, GAO X Q ve diğerleri. 5G kablosuz iletişim ağları için hücresel mimari ve anahtar teknolojiler. IEEE Commun. Mag, 2014, 52 (2): 122-130.
NGO H Q, LARSSON E G, MARZETTA T L. Çok büyük çok kullanıcılı MIMO sistemlerinin enerjisi ve spektral verimliliği IEEE Trans. Commun., 2013, 61 (4): 1436-1449.
MOHAMMED S K, LARSSON E G. Büyük çok kullanıcılı MIMO sistemleri için anten başına sabit zarf ön kodlaması IEEE Trans. Commun., 2013, 61 (3): 1059-1071.
OSSEIRAN A, BRAUN V, HIDEKAZU T, vd. 2020 ve sonrası için mobil ve kablosuz iletişim sisteminin temeli: Zorluklar, kolaylaştırıcılar ve teknoloji çözümleri. IEEE Araç Teknolojisi Konferansı (VTC Baharı) İşlemleri, 2013: 1-5.
Nokia Siemens Networks. 2020: Gigabit Deneyimi için 4G Radyo Evrimi'nin Ötesinde Nokia Siemens Networks Beyond4G Teknik Raporu.
LIU S, WU J J, CHUNG H K, ve diğerleri IMT gelişmiş ötesinde 25 Gb / s (/ km2) kentsel kablosuz ağ IEEE Commun Mag, 2011, 49 (2): 122-129.
AIJAZ A, AGHVAMI H, AMANI M.A mobil veri boşaltma anketi: Teknik ve iş perspektifleri, IEEE Wirel.Commun., 2013, 20 (2): 104-112.
HOYDIS J, BRINK S, Debbah M. Hücresel ağların UL / DL'sinde Massive MIMO: Kaç antene ihtiyacımız var IEEE J.Sel.Area Commun., 2013, 31 (2): 160-171.
LARSSON E G, TUFVESSON F, EDFORS O, ve diğerleri.Yeni nesil kablosuz sistemler için Mas-sive MIMO. IEEE Commun. Mag, 2014, 52 (2): 186-19
İş teklifleri
