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5G涉及到的领域(上) | 《5G移动无线通信技术》之四

简介: 本节从使用者的角度,介绍了 2020 年和未来社会发展的预期和展望,包括具体的用例目标和挑战。通过一系列不同的用例,介绍为了应对挑战并达到目标,5G 系统所 需要满足并达到的各项要求。
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第三节:全球5G倡议

5G涉及到的领域(上)

5G 愿景中提到任何人和任何事物在任何时间和地点都或许需要获得信息和分享信息。
5G 将以人为中心的通信扩展到同时以人和物为中心的通信。移动通信转变为主要为 人和物提供信息和服务的一种方式,并给社会经济带来难以想象的巨大变化,包括提升 生产力,实现社会可持续发展,为人们提供更好的娱乐和健康医疗服务。
为了实现这些目标,5G的能力和以前的移动通信系统相比需要大幅度扩展。5G系统 将具备更大的灵活性和更广泛的集成能力,不仅包括传统的无线接入网络,也包括核心 网、传输网络和应用。这就要求5G无线接入技术、网络架构和应用要以新的思路去设计。
本节从使用者的角度,介绍了 2020 年和未来社会发展的预期和展望,包括具体的用例目标和挑战。通过一系列不同的用例,介绍为了应对挑战并达到目标,5G 系统所 需要满足并达到的各项要求。

4.1用例

这里介绍 5G 最为相关的用例,并定义了这些用例的挑战和要求。如第 1 章所述, 5G 将成为很多经济领域的里程碑,表1.1给出了5G如何映射到主要经济领域之中。需要 强调的是,这个用例列表远远无法尽述所有可能,我们只能从技术和经济的角度介绍最为 相关的用例,而且其中一些用例应当理解为一组用例,例如智慧城市或者公共安全用例。
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4.2 5G映射到的具体领域

4.2.1自动车辆控制

自动车辆控制技术用于车辆自动驾驶,如图 2.1(a)所示。这个新趋势对社会有着 潜在的多样化的影响。例如辅助司机驾驶,可以通过避免碰撞,带来更为安全的交通出 行,同时降低司机驾驶压力,进而在车辆行进中能够进行办公等生产性活动。自动驾驶 不仅包括车辆和基础设施的通信,还包括车辆和车辆、车辆和人,以及车辆和路边传感 器的通信。这些通信连接需要承载极低时延和高可靠性的车辆控制指令,而这些指令对 于安全行驶极为重要。尽管这些指令通常不需要大带宽,但是当车辆之间需要交换视频 信息时,较高的传输速率仍然是必要的,如自动驾驶车队的控制,需要快速交换周围环 境的动态信息。此外当支持高速车辆的移动性时,无人参与的控制必须具备完全覆盖条 件 [1]-3

4.2.2应急通信

如图 2.1(b)所示,在紧急情况下可靠的通信网络对于救援非常重要,而且即使在 灾难中局部网络损毁,这一要求也不能放松。在某些情况下,临时的救援通信节点可以 用来辅助受损的网络。用户终端也许能够承担中继功能,帮助其他的终端接入仍然具有 通信能力的网络节点。这时通常最为重要的是定位幸存者,并把他们带回安全区域 1。 在应急通信中,高可用性和高节电效率是主要要求。高可用性可以确保幸存者的高发现 率。可靠的数据连接确保在幸存者被发现之后救援阶段的联系。在整个搜救过程中,希 望把幸存者终端设备的电池能耗降到最低,延长幸存者终端设备待机的时间 1。
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4.2.3工厂自动化

工厂自动化由生产线上的设备组成。这些设备通过足够可靠、低时延的通信系统和控制单元进行通信,满足确保人身安全的有关应用和需求 [7],见图 2.1(c)。事实上,众多工业制造应用需要很低的时延和高可靠性 2。尽管这一类通信需要发送的数据很少, 而且移动性也并非主要问题,但上述严格的时延和可靠性要求仍然超出了现有无线通信 系统的能力。这也是目前工业制造类通信系统仍采用有线通信系统的原因。另一方面, 有线通信在很多的情况下是非常昂贵的解决方案(例如操作远程位置的机器),因此对 5G 低时延、高可靠性的需求是十分清楚的。

4.2.4 高速列车

如图 2.1(d)所示,乘客在高速行进的列车上时,仍然希望能够像在家里一样使用 网络,例如观看高清视频,玩游戏,或者远程接入办公云和虚拟现实的会议。而当列车 在高速行进中时,在用户体验没有显著下降的条件下,较好地满足上述服务需求将是具 有挑战性的任务 5。高速列车上通信最重要的两个指标是用户速率和端到端时延。较 好的指标可以确保乘客获得令人满意的各项服务 5。

4.2.5 大型室外活动

一些大型室外活动会在一定时间内吸引大量临时访客,如图 2.1(e)所示,例如体 育赛事、展览、音乐会、节日聚会、焰火大会等。来访者通常希望拍摄高清图片和视频, 并实时分享给家人和朋友。因为大量的人聚集在有限的区域,从而产生巨大的流量压 力。而与此对应的网络能力远远不够,因为通常用户的密度远远低于活动期间的用户密 度 1。因此,这一场景的主要挑战是向每一个用户提供满足视频数据传输的均匀速率, 同时支撑高连接密度和大流量的要求。这里高密度可以达到每平方米有数个连接。此外, 服务中断的概率要降到最低限度,从而确保良好的用户体验 1。

4.2.6 广阔地理区域分布的海量设备

从分布在广阔区域的设备采集信息的系统,可以利用所采集的信息通过不同方式来 提升用户体验,如图 2.1(f)所示。这样的系统可以跟踪相关数据,根据接收到的和收 集到的数据作出决定并执行某些任务,例如监视、监管重要设备、辅助信息分享等 1。从大量位置采集信息的方式之一是通过传感器和传动装置。但要将这样的系统变为可 行的方案,确实需要面对很大挑战。由于此类设备数量巨大,因此设备需要低成本和 长电池续航能力。而且,系统需要能够处理在海量的位置和不同的时间产生的少量数据和干扰 [1]。

4.2.7 媒体点播

媒体点播简单的说就是个人用户在任何时间和地点享受诸如音乐和视频之类的媒体 内容,如图 2.1(g)所示。用户可能在不同的地方,例如市区环境和家里,选择观看最新的在线电影。在家里人们通常在大电视屏上观看电影,而视频内容可能是通过无线设 备转发到电视屏上。例如,通过智能手机或者无线路由器。这类应用的挑战出现在当 某一区域内出现大量用户要观看不同的媒体内容的时候,例如,在一片密集居住区,夜间人们在家里选择观看不同的电影[2]。这时需要非常高的系统数据速率来提供良好的用户体验。此类媒体点播流量主要是下行数据,上行主要是信令。这里媒体播放起始的绝对时延并不重要。绝对时延是指从媒体内容的点播要求发出到用户开始获得内 容的时延。尽管人们希望时延能够降低,但是几秒钟的时延是可以接受的。但是当媒 体开始播放后,用户很容易对画面卡顿感到厌烦。因此,在卡顿之后能够在短时间内 恢复播放速度是十分重要的。最后为无论身在何处的大量用户提供高可用性服务的能力也是十分必要的 [2]。
第五节:5G映射的领域(下)

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