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5g技術の特徴は何ですか？

第 5 世代移動通信技術 (5G) は現在、移動通信技術の発展の頂点であり、人類が生活を変えるだけでなく社会を変えることを望む重要な力でもあります。

5G は 4G をベースとしており、速度だけでなく消費電力や遅延などの面でも新たに改善されたモバイル通信の要件をさらに高めています。その結果、ビジネスは大幅に改善され、インターネットの発展もモバイルインターネットからスマートインターネットの時代に突入します。

# 5G の 6 つの基本特性

##1, 高速

4Gと比較して、5Gが解決する必要がある最初の課題は高速です。ネットワーク速度が向上するにつれて、ユーザーエクスペリエンスとエクスペリエンスが大幅に向上し、ネットワークは制限なくVR / UHDサービスに直面できるようになり、高いネットワーク速度を必要とするサービスが広く促進され、使用されるようになります。したがって、5G の最初の特徴は速度の向上です。

実際には、あらゆる世代の通信技術と同様に、5G の速度を正確に言うことは困難ですが、一方で、ピーク速度は実際のユーザーエクスペリエンスとは異なります。速度やテクノロジーが異なると、エポックレートも異なります。 5G 基地局のピーク要件は 20Gb/s 以上ですが、もちろん、この速度はピーク速度であり、すべてのユーザーが経験できるわけではありません。新しいテクノロジーの使用により、この速度には改善の余地があります。

このような速度は、ユーザーが高解像度の映画を毎秒ダウンロードできることを意味し、VR ビデオもサポートする可能性があります。このような高速性は、高速性が要求される将来のビジネスに機会と可能性をもたらします。

2. ユビキタスネットワーク

ビジネスとともにネットワークサービスの開発には、ネットワークサービスが包括的かつ普及する必要があります。この方法によってのみ、より豊富なサービスをサポートし、複雑なシナリオで使用できるようになります。ユビキタスネットワークには 2 つのレベルの意味があります。 1 つは広い範囲をカバーするもの、もう 1 つは深い範囲をカバーするものです。

広範囲とは、私たちの社会が生活するすべての場所で広範囲のカバレッジが必要であることを指します。かつては、高い山や谷には住んでいる人がほとんどいなかったため、必ずしもネットワークカバレッジが必要ではありませんでした。しかし、5G をカバーできれば、環境、大気の質、さらには地形の変化や地震を監視するために多数のセンサーを配備することは非常に価値があります。 5G は、これらのアプリケーションの多くにネットワークを提供できます。

「深さ」とは、私たちの生活の中で、すでにネットワークが展開されているにもかかわらず、より高品質で詳細なカバレッジが必要であるという事実を指します。現在、自宅にはすでに 4G ネットワークがありますが、自宅のトイレのネットワーク品質はあまり良くない可能性があり、地下駐車場では基本的に信号がありません。 5G の登場により、以前はネットワーク品質が悪かったトイレや地下駐車場などが、良好な 5G ネットワークで広範囲にカバーされるようになります。

ユビキタスネットワークは、ある意味、高速性よりも重要であり、数カ所をカバーする高速ネットワークを構築するだけでは、5Gのサービスや体験、ユビキタスネットワークを保証することはできません。は 5G エクスペリエンスの基本的な保証です。 3GPP の 3 つの主要なシナリオではユビキタスネットワークについては言及されていませんが、ユビキタス要件はすべてのシナリオに暗黙的に含まれています。

##3. 低消費電力## 5G は大規模な IoT アプリケーションをサポートする必要があります。消費電力要件を満たす必要があります。近年、ウェアラブル製品はある程度発展してきましたが、多くのネックに直面しており、最大のボトルネックはエクスペリエンスが低いことです。スマートウォッチを例に挙げると、1 日未満であっても、毎日充電する必要があります。すべての IoT 製品には通信とエネルギーが必要で、現在では通信はさまざまな手段で実現できますが、エネルギーの供給はバッテリーに頼るしかありません。通信プロセスに多くのエネルギーを消費すると、IoT製品がユーザーに広く受け入れられることが難しくなります。

消費電力を削減し、ほとんどのIoT製品を週に1回、あるいは月に1回でも充電できるようになれば、ユーザーエクスペリエンスが大幅に向上し、IoT製品の急速な普及を促進できる可能性があります。 eMTC は LTE プロトコルに基づいて進化しており、モノ間の通信により適し、コストを削減するために、LTE プロトコルは調整および最適化されています。 eMTC はセルラーネットワークに基づいて展開され、そのユーザー機器は 1.4MHz の無線周波数とベースバンド帯域幅をサポートすることで既存の LTE ネットワークに直接アクセスできます。 eMTC は、最大 1Mbps のアップリンクおよびダウンリンクのピークレートをサポートします。 NB-IoT はセルラーネットワーク上に構築されており、約 180kHz の帯域幅しか消費しないため、GSM ネットワーク、UMTS ネットワーク、または LTE ネットワークに直接導入できるため、導入コストを削減し、スムーズなアップグレードを実現できます。

NB-IoT は、実際には GSM および UMTS ネットワークに基づいて展開できます。5G のコア技術のようにネットワークを再構築する必要はありません。ただし、GSM 上に展開されているにもかかわらず、 UMTS ネットワークはまだ再構築されたネットワークであり、消費電力を大幅に削減する機能は、低電力 IoT アプリケーションシナリオにおける 5G のニーズも満たしており、eMTC と同様に、5G ネットワークシステムの不可欠な部分です。

4. 低遅延

5G の新しいシナリオは無人運転であり、非常に優れています。産業オートメーションのための信頼性の高い接続。人々の間の情報交換の場合、140 ミリ秒の遅延は許容されますが、この遅延が無人運転や産業オートメーションに使用される場合、これは許容できません。 5G 遅延の最小要件は 1 ミリ秒か、それ以下です。これにより、ネットワークに厳しい要件が課されます。 5G は、これらの新しい分野のアプリケーションにとって避けられない要件です。

自動運転車では、中央制御センターと車両間、および車両間での相互接続が必要です。高速運転では、ブレーキに瞬時の情報伝達が必要です。車が反応するまでに、車は約100ミリ秒で数十メートルを突進するため、ブレーキや車の制御の応答に最短の遅れで車に情報を送信する必要があります。

これは特にドローンに当てはまります。たとえば、数百機のドローンが編隊を組んで飛行している場合、ほんのわずかなずれが衝突や事故につながるため、飛行中のドローンに非常に短い遅延内で情報を送信する必要があります。産業オートメーションのプロセスにおいて、ロボットアームの操作を極めて洗練し、作業の高品質と正確性を確保するには、最小限の遅延と最もタイムリーな応答も必要です。人間の応答は遅く、機械の高効率や洗練を必要としないため、これらの特性は、従来の人間対人間のコミュニケーション、さらには人間対機械のコミュニケーションにおいてはそれほど要求されません。ドローン、無人運転車、産業オートメーションのいずれであっても、それらはすべて高速で動作し、高速でのタイムリーな情報送信とタイムリーな応答を確保する必要があるため、遅延に対して非常に高い要件が課されます。

低遅延の要件を満たすには、5G ネットワーク構築において遅延を短縮するさまざまな方法を見つける必要があります。エッジコンピューティングなどのテクノロジーも5Gネットワークアーキテクチャに採用される予定です。

5. すべてのインターネット

従来の通信では、端末は非常に限られています。固定電話時代、電話は人々によって定義されていました。携帯電話の時代では、端末の数が爆発的に増加し、携帯電話は個人用のアプリケーションによって定義されています。 5G時代には、1人が複数の端末を所有し、各家庭が複数の端末を所有する可能性があるため、端末は人によって定義されません。

2018 年、中国のモバイル端末ユーザーは携帯電話を中心に 14 億人に達しました。 5G に対する通信業界のビジョンは、1 平方キロメートルあたり 100 万台のモバイル端末をサポートできることです。将来、ネットワークに接続される端末は、現在の携帯電話だけではなく、さらに変わった製品が登場するでしょう。私たちの生活のあらゆる製品が5Gを通じてネットワークに接続される可能性が高いと言えます。私たちの眼鏡、携帯電話、服、ベルト、靴などがインターネットに接続され、スマートプロダクトになるかもしれません。家庭のドア、窓、ドアロック、空気清浄機、外気ファン、加湿器、エアコン、冷蔵庫、洗濯機はすべてスマート時代に突入する可能性があり、ネットワークへの 5G アクセスにより、私たちの家はスマートホームになるでしょう。

そして、社会生活において、これまでインターネットに接続できなかった多数のデバイスもインターネットに接続され、よりインテリジェントになるでしょう。自動車、マンホール蓋、電柱、ゴミ箱などの公共施設は、かつては管理が非常に難しく、インテリジェント化が困難でした。そして、5G はこれらのデバイスをスマートデバイスにすることができます。

#6. セキュリティの再構築

# セキュリティ問題は基本的なものではないようです3GPP の質問で議論されていますが、これは 5G の重要な機能にもなるはずです。

従来のインターネットでは、情報のスピードとバリアフリーの問題を解決する必要があり、自由、オープン、共有がインターネットの基本精神でしたが、その上に構築されるのがインテリジェントインターネットです。インテリジェントインターネットは、情報伝達を実現するだけでなく、社会や生活に新たな仕組みやシステムを確立するものでもあります。スマートインターネットの基本精神は、セキュリティ、管理、効率性、利便性です。 5G 以降のスマートインターネットの最初の要件はセキュリティです。仮に5Gが構築されてもセキュリティシステムが再構築できないとすると、その破壊力は非常に大きなものになります。

もし私たちの無人システムが簡単に破られるとしたら、映画で描かれているようなことになるでしょう。路上の車はハッカーによって制御され、スマート医療システムはスマートホームが壊れ、多くのユーザーの健康情報が失われ、情報が漏洩し、スマートホームが侵害され、家の安全性がまったく保証されませんでした。このような状況はあってはならないものであり、問題が発生したとしても、それをいじくり回して解決することはできません。

5Gネットワークの構築においては、セキュリティ問題を最下層で解決する必要があり、ネットワーク構築の初期段階からセキュリティ機構を追加し、情報を暗号化し、ネットワークを構築する必要があります。オープンではないため、特別なサービスに対しては特別なセキュリティメカニズムを確立する必要があります。インターネットは完全に中立または公平ではありません。簡単な例を挙げると、ネットワーク保証の観点から言えば、通常のユーザーはスムーズなネットワークアクセスを保証するシステムが 1 つしかないため、ユーザーは輻輳に直面する可能性があります。しかし、高度道路交通システムでは、安全な運用とネットワークの品質を確保するために複数のシステムが必要であり、ネットワークの輻輳が発生した場合には、高度道路交通システムのネットワークのスムーズな流れを確保する必要があります。また、このシステムには通常の端末からアクセスして管理・制御することはできません。

5Gの主要技術

新世代の移動通信技術としての5Gネットワーク構造、ネットワーク機能、要件は過去とは大きく異なり、多数のテクノロジーが統合されています。そのコア技術は次のように簡単に説明されます:

1. OFDM 最適化に基づく波形と多重アクセス

5G は、OFDM に基づく波形および多元接続技術を採用しています。OFDM 技術は、広い帯域幅のアプリケーションに拡張でき、スペクトル効率が高く、データの複雑さが低いため、今日の 4G LTE および Wi-Fi システムで広く使用されています。 5Gの要件を十分に満たすことができます。 OFDM テクノロジーファミリにより、ウィンドウ処理やフィルタリングによる周波数位置特定の強化、さまざまなユーザーやサービス間のマルチパス伝送効率の向上、エネルギー効率の高いアップリンク伝送のためのシングルキャリア OFDM 波形の作成などの機能強化が可能になります。

2. スケーラブルな OFDM 間隔パラメータ設定の実装

OFDM サブキャリア間 15kHz の間隔を介して(固定 OFDM パラメータ構成)、LTE は最大 20 MHz のキャリア帯域幅をサポートできます。より豊富なスペクトルタイプ/帯域をサポートするため (できるだけ多くのデバイスを接続するために、5G はミリ波マイクロ波、ライセンス不要の周波数帯域など、利用可能なすべてのスペクトルを利用します) と展開方法をサポートします。 5G NR では、スケーラブルな OFDM 間隔パラメータ構成が導入されます。 FFT (高速フーリエ変換) がより大きな帯域幅にスケールアップする場合、処理の複雑さが増加しないようにする必要があるため、これは非常に重要です。複数の展開モードで異なるチャネル幅をサポートするには、5G NR が同じ展開下で異なるパラメータ構成に適応し、統一されたフレームワークの下でマルチチャネル伝送効率を向上させる必要があります。さらに、5G NR は、ミリ波や 6GHz 未満の周波数帯域でキャリアをアグリゲートするなど、パラメータをまたがるキャリアアグリゲーションも実現できます。

#3. OFDM ウィンドウ処理によりマルチチャネル伝送効率が向上

# 5G が適用されます大規模なモノのインターネットの場合、これは数十億のデバイスが相互に接続されることを意味し、5G は大規模なモノのインターネットの課題に対処するために多重伝送の効率を向上させることは間違いありません。隣接する周波数帯域が互いに干渉しないようにするには、帯域内および帯域外の信号放射を可能な限り小さくする必要があります。 OFDM では、時間領域のウィンドウ処理や周波数領域のフィルタリングなどの波形の後処理を実装して、周波数の局在化を改善できます。

4. 柔軟なフレームワーク設計

5G NRを設計しながら、柔軟なThe 5Gを採用ネットワークアーキテクチャにより、5G サービス多重伝送の効率がさらに向上します。この柔軟性は周波数領域だけでなく時間領域にも反映されており、5G NR フレームワークは 5G のさまざまなサービスとアプリケーションシナリオに完全に対応できます。これには、スケーラブル送信時間間隔 (STTI)、自己完結型統合サブフレーム (自己完結型統合サブフレーム) が含まれます。

5. 先進の新無線技術

5G が進化する一方で、LTE 自体も常に進化しています (最近実装されたギガビット 4G など)。5G では、キャリアアグリゲーションや MIMO など、現在 4G LTE で使用されている高度なテクノロジーが必然的に利用されます。非共有スペクトルなどこれには、多くの成熟した通信テクノロジーが含まれます:

Massive MIMO: 2×2 から現在の 4×4 MIMO。アンテナが増えると占有スペースも大きくなり、限られたスペースのデバイスにさらに多くのアンテナを収容するのは明らかに非現実的であるため、より多くの MIMO を基地局に重畳することしかできません。現在の理論から判断すると、5G NRは基地局で最大256本のアンテナを使用でき、アンテナの2次元配置により3Dビームフォーミングを実現できるため、チャネル容量とカバレッジが向上します。

ミリ波: 新しい 5G テクノロジーは、24 GHz を超える周波数帯域 (一般にミリ波と呼ばれます) を初めてモバイルブロードバンド通信に適用します。利用可能な膨大な量のハイバンドスペクトルは、モバイルエクスペリエンスを再構築する極めて高いデータ速度と容量を実現します。しかし、ミリ波の利用は容易ではなく、ミリ波周波数帯の伝送では経路の妨害や損失（信号の回折能力に限界がある）が発生する可能性が高くなります。一般にミリ波帯で伝送される信号は壁を透過することもできず、波形や消費電力などの問題があります。

スペクトル共有: 共有スペクトルとライセンス不要のスペクトルを使用することで、5G を複数の次元に拡張し、より大きな容量を実現し、より多くのスペクトルを使用し、新しい導入シナリオをサポートできます。これは、認可された周波数帯を持つ携帯電話事業者に利益をもたらすだけでなく、有線通信事業者、企業、IoT 業界など、認可された周波数帯を持たないプレーヤーにも機会を生み出し、5G NR テクノロジーを最大限に活用できるようになります。 5G NR は、すべてのスペクトルタイプをネイティブにサポートし、前方互換性を通じて新しいスペクトル共有モデルを柔軟に活用します。

高度なチャネルコーディング設計: LTE ネットワークの現在のコーディングでは、将来のデータ送信のニーズに対応するには不十分であるため、データ伝送速度を向上させるために、より効率的なチャネルコーディング設計が緊急に必要です。、モバイルブロードバンドトラフィック構成に適合するように、より大きなコーディング情報ブロックを使用すると同時に、既存のチャネルコーディングテクノロジ (LTE Turbo など) のパフォーマンス限界を改善し続ける必要があります。 LDPC の伝送効率は LTE Turbo の伝送効率をはるかに上回っており、並列化が容易なデコード設計を拡張して、低複雑さと低遅延でより高い伝送レートを実現できます。

6. 超高密度ヘテロジニアスネットワーク

5G ネットワークは非常に複雑ですネットワークについては、2G 時代には数万の基地局が全国的なネットワークカバレッジを提供できましたが、4G の時点では、中国には 500 万以上のネットワークが存在します。 5G は平方キロメートルあたり 100 万台のデバイスをサポートする必要があり、ネットワークは非常に高密度でなければならず、それをサポートするには多数の小型基地局が必要です。同じネットワーク内では、端末が異なれば、必要な速度、消費電力、使用周波数、QoS 要件も異なります。このような状況では、ネットワークは容易に相互干渉を引き起こす可能性があります。 5Gネットワークでは、システムパフォーマンスを確保するために、ネットワーク内でのさまざまなサービスの実装、さまざまなノード間の調整ソリューション、ネットワークの選択、省エネ構成方法などの一連の対策を採用する必要があります。

超高密度ネットワークでは、高密度の展開によりセル境界の数が急激に増加し、セルの形状が不規則になり、ユーザーが頻繁かつ複雑に切り替わる可能性があります。モビリティ要件を満たすには、新しいハンドオーバーアルゴリズムが必要です。

つまり、複雑、高密度、異種混合、大容量のマルチユーザーネットワークは、バランスが取れ、安定し、干渉が低減される必要があり、これらを解決するにはアルゴリズムを継続的に改善する必要があります。質問。

7. ネットワークの自己組織化

自己組織化されたネットワークが重要5G テクノロジーでは、ネットワーク導入フェーズでは自己計画と自己構成が行われ、ネットワークメンテナンスフェーズでは自己最適化と自己修復が行われます。自己構成とは、新しいネットワークノードの構成をプラグアンドプレイで実行できることを意味し、低コストで設置が簡単という利点があります。セルフプランニングの目的は、システム容量の拡張、ビジネス監視、または最適化結果のニーズを満たしながら、ネットワークを動的に計画および実行することです。自己修復とは、システムが問題を自動的に検出、特定、トラブルシューティングできることを意味し、メンテナンスコストを大幅に削減し、ネットワーク品質とユーザーエクスペリエンスへの影響を回避します。

SON テクノロジーを移動通信ネットワークに適用すると、その利点がネットワークの効率とメンテナンスに反映され、同時に通信事業者の支出と運用コストへの投資が削減されます。既存の SON テクノロジーはすべてそれぞれのネットワークの観点に基づいているため、自己展開、自己構成、自己最適化、自己修復などの操作は独立かつ閉鎖的であり、複数のネットワーク間の連携が不足しています。

8. ネットワークスライシング

これは、事業者の物理ネットワークを複数の仮想ネットワークに分割することです。各ネットワークは、異なるサービス要件に適応します。これは、遅延、帯域幅、セキュリティ、信頼性に基づいて異なるネットワークに分割し、さまざまなシナリオに適応できます。ネットワークスライシングテクノロジーは、独立した物理ネットワーク上で複数の論理ネットワークを分割するために使用されます。これにより、サービスごとに専用の物理ネットワークを構築する必要がなくなり、導入コストを大幅に節約できます。

同じ 5G ネットワーク上で、通信事業者は、テクノロジーを利用して、ネットワークをインテリジェント輸送、ドローン、スマート医療、スマートホーム、産業制御などの複数の異なるネットワークに分割します。このようなスライスされたネットワークでは、帯域幅と信頼性機能の点で異なる保証があり、また、異なる請求システムと管理システムが適用されます。スライスされたネットワークでは、各サービスプロバイダーは 4G のように同じネットワークや同じサービスを使用しません。多くの能力が制御不能になります。 5G スライシングネットワークは、ユーザーに異なるネットワーク、異なる管理、異なるサービス、および異なる請求を提供できるため、サービスプロバイダーは 5G ネットワークをより適切に利用できるようになります。

9. コンテンツ配信ネットワーク

5G ネットワークには、多くの複雑さビジネス、特に一部のオーディオおよびビデオサービスが大量に出現し、一部のビジネスは瞬間的に爆発的な成長を経験し、ユーザーエクスペリエンスや感情に影響を与えるでしょう。そのためには、コンテンツの爆発的な増加に適応するためにネットワークを変革する必要があります。

コンテンツ配信ネットワークは、従来のネットワークに新しい層、つまりインテリジェントな仮想ネットワークを追加します。 CDNシステムは、各ノードの接続状況、負荷状況、ユーザーの距離などの情報を総合的に考慮し、ユーザーの近くにあるCDNプロキシサーバーに関連コンテンツを配信することで、ユーザーが必要な情報を近くで入手できるようにすることで、ネットワークの混雑を緩和します。応答時間を短縮し、応答速度を向上させます。

ソースサーバーは各プロキシサーバーにコンテンツを送信するだけで済みます。これにより、ユーザーは十分な帯域幅を備えた最も近いプロキシサーバーからコンテンツを取得できるようになり、ネットワーク遅延が短縮され、ユーザーエクスペリエンスが向上します。 CDN テクノロジーの利点は、ユーザーに情報サービスを迅速に提供し、ネットワークの輻輳問題の解決に役立つことです。 CDN技術は5Gに必要なキーテクノロジーの1つとなっています。

10. デバイス間通信

これはセルラーシステムです。をベースとした短距離データ直接伝送技術。デバイス間通信 (D2D) セッションデータは、基地局を経由せずに端末間で直接送信され、関連する制御シグナリング (セッションの確立、メンテナンス、無線リソースの割り当てとアカウンティング、認証、識別、モビリティ管理など) も送信されます。依然として携帯電話ネットワークの責任です。 D2D 通信をセルラーネットワークに導入すると、基地局の負担が軽減され、エンドツーエンドの送信遅延が軽減され、スペクトル効率が向上し、端末の送信電力が削減されます。無線通信インフラストラクチャが損傷しているか、無線ネットワークの受信不能領域内にある場合、端末は D2D を使用してエンドツーエンド通信を実現したり、セルラーネットワークにアクセスしたりすることもできます。 5G ネットワークでは、D2D 通信はライセンスのある周波数帯域とライセンスのない周波数帯域の両方で展開できます。

11. エッジコンピューティング

オブジェクトのソースに近い側、またはネットワーク、コンピューティング、ストレージ、アプリケーションのコア機能を統合したオープンプラットフォームを採用し、最も近いサービスを提供します。そのアプリケーションはエッジ側で開始され、より高速なネットワークサービス応答を生成し、リアルタイムビジネス、アプリケーションインテリジェンス、セキュリティ、プライバシー保護における業界の基本的なニーズを満たします。 5Gでは低遅延が求められますが、データを計算してクラウドやサーバーに保存し、端末に指示を送らなければ低遅延は実現できません。エッジコンピューティングとは、基地局上にコンピューティング機能とストレージ機能を確立し、計算を完了し、最短時間で命令を発行することです。

#12. ソフトウェアデファインドネットワークとネットワーク仮想化

SDN の中核機能アーキテクチャそれは、オープン性、柔軟性、プログラマビリティです。これは主に 3 つの層に分かれており、インフラストラクチャ層は多数の基本的なネットワークデバイスを含むネットワークの下部に位置し、制御層によって発行されたルールに従ってデータを処理および転送します。制御層は主にデータ転送プレーンを担当し、リソースの調整、ネットワークトポロジの制御、グローバルステータス情報の収集などを行います。最上位層はアプリケーション層で、これには多数のアプリケーションサービスが含まれ、オープンを通じてネットワークリソースを呼び出します。ノースバウンド API。 NFV は、新しいタイプのネットワークアーキテクチャおよび構築技術として、制御とデータの分離、ソフトウェア化、仮想化のアイデアを提唱しており、既存のネットワークの困難を打破する希望をもたらします。

5G は複雑なシステムであり、5G に基づいて構築されたネットワークには、ネットワーク速度を向上させるだけでなく、より多くの要件も求められます。将来的には、5Gネットワークの端末には携帯電話だけでなく、自動車、ドローン、家電、公共サービス機器などさまざまな機器が含まれることになります。 4Gは生活を変え、5Gは社会を変える。 5Gは社会の進歩、産業の振興、経済発展の重要な推進力となります。

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