目录
一、5G技术指标及应用领域
1.1基本属性
1.2属性概念
1.3 5G应用领域
二、5G关键技术
2.1大规模天线阵列
2.2动态自组织网络(SON)
2.3软件定义网络(SDN)
2.4网络功能虚拟化(NFV)
2.5 SDN与NFV的深度融合
三、5G面临的挑战
3.1频谱资源的挑战
3.2新业务挑战
3.3新使用场景挑战
3.4终端设备带来的挑战
3.5面临的安全挑战总结
一、5G技术指标及应用领域
1.1 基本属性
| 指标名称 | 流量密度 | 连接数密度 | 时延 | 移动性 | 能效 | 用户体验速率 | 频谱效率 | 峰值速率 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4G参考值 | 0.1Tbps/Km2 | 10万/Km2 | 10ms | 350Km/h | 1倍 | 10Mpbs | 1倍 | 1Gbps |
| 5G参考值 | 10Tbps/Km2 | 100万/Km2 | 1ms | 500Km/h | 100倍提升（网络侧） | 0.1-1Gpbs | 3倍提升（某些场景5倍） | 20Gbps |
1.2 属性概念
流量密度:单位面积内的总流量数 连接数密度:指单位面积内可以支持的在线设备 总和时延:发送端到接收端接收数据之间的间隔 移动性:支持用户终端的最大移动速度 能源效率:每消耗单位能量可以传送的数据量 用户体验速率:单位时间内用户获得MAc层用户面数据传送量 频谱效率:每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量 峰值速率:用户可以获得的最大业务速率
5G对比4G关键性能指标有了相当大程度的提升。 总结起来就是5G具有高速率、低时延、大容量、高可靠、海量连接等特点。
1.3 5G应用领域
2015年6月ITU定义的5G未来移动应用包括以下三大领域: 增强型移动宽带（eMBB):人的通信是移动通信需要优先满足的基础需求。未来 eMBB等通过更高的带宽和更短的时延继续提升人类的视觉体验 大规模机器类通信(mMTC):针对万物互联的重直行业，IOT业发展迅速，未来将出现大量的移动通信传感器网络，对接入数量和能效有很高要求 高可靠低时延通信(uRLLC):针对特殊垂直行业，例如工业自动化、远程医疗、智能电国等需要高町靠性+低时延的业务需求。
二、5G关键技术
2.1 大规模天线阵列
Massive MIMO的优势提升了系统容量和效率 Massive MIMo技术能够使基站范围内的多个用户，使用同一时频内资源，提升了频谱 资源在多用户间的复用能力，在不增加基站密度和带宽的条件下，大幅提升了频谱效率;利用多根天线向同一用户发送相同数据，来自不同数据流的多信号叠加，增加了信号强度，其余用户接到的不同数据流的干扰信号，可以相互抵消了降低干扰。 降低了空中接口时延
可依赖多个天线来抵消衰落对系统的影响。当基站天线数目较大时，信道衰落将在多个天线的叠加下趋于稳定，从而实现了一个低时延的通信链路。 简化了多址接入过程 系统设计上，每用户端都可以占据所有带宽来传输信号，极大简化了物理层的控制信令设计，多址接入更简单快捷提高了系统的健壮性 Massive MIMo天线单元众多，部分天线故障不影响整体性能，增强了系统的健壮性和可靠性。
2.2 动态自组织网络（SON）
主要用于满足低延时高可靠场景
优点有：部署灵活，支持多跳，高可靠性，支持超高带宽。
动态自组织网络用于满足5G两方面的性能要求:低时延、高可靠场景下降低端到端时延，提高传输可靠性;在低功耗、大连接场景下延伸网络覆盖和接入能力。在传统蜂窝网络架构下，终端必须通过基站和蜂窝网关才能与目标端进行通信。在这种架构下，终端在获得数据传输服务前必须首先选择一个服务基站，与服务基站建立并保持连接。在动态自组织网络中，任何接入网节点，都只备数据存储和转发功能，动态自组网中的每个节点，都具备无线信号收发能力，并且每个节点，都可以与上一个或多个和邻节点进行无线通信，整个自组网呈网状结构。在动态自组织网络中，任何节点间（终端与终端、终端与基站、基站与基站等）均通过无线通信，无须任何布线，并具有支持分布式网络的冗余机制和重新路由功能。任何新节点(如终端或基站）的添加，只需要简单的接上电源即可，节点可自动配置，并确定最佳多跳传输路径。
动态自组网有如下优点: 部署灵活 部署方面，动态白组织网络节点（终端或微型基站），只要处于目标区域，就可以进行自动的配置，自动建立并维护网络拓扑，确定最佳传输路径，大大降低网络部署成本，加快部署速度。
支持多跳
动态自组织网络支持多跳传输，与发射端有直接视距的接收端先接收到无线信号，然后接收端无线信号转发到与它直接视距的下一跳终端。因此，数据包在自组网络中传输，能够这样一跳一跳传递下去，直至到达目标终端。动态自组织网络通过多跳方式传输，大大扩展了应用领域和覆盖范围
高可靠性 动态自组织网络支持空口中多路冗余传输提高传输可靠性，还通过支持多路由传输提高端到端传输可靠性，如果传输中某节点故障，可通过备用路径切换到另一节点。因此，动态自组织网络比传统蜂窝网络更可靠，因为它不依赖于单一节点的性能。在传统蜂窝网络中，如果某一基站故障,该基站覆盖的区域也将瘫痪。
支持超高带宽 无线通信领域传输距离越短，越容易获得高带宽。因为传输距离越长，干扰因素也会大大增加。而自组织网络的多跳传输可以有力的获得高带宽。也因为传输距离小，需要的功率也小，因此更加绿色节能。
2.3 软件定义网络（SDN）
1.4.4软件定义网路(SDN) 在5G的网络架构设计上要遵循智能、开放、灵活、高效的原则。IT新技术给了5G网络架构的实现提供了新的技术支持。其中软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化技术（NFV），可以有效满足这些需求。 SDN起源于2008年美国斯坦福大学教授Nick McKeown等人的 Ethane项目研究。其主要思想是将传统网络设备的数据平面和控制平面分离，使用户能通过标准化的接口对各种网络转发设备进行统一管理和配置。这种架构具有可编程可定义的特性，对网络资源的设计、管理和使用提供了更多的灵活性，更有力于网络的革新与发展。
IT技术的发展，是由大型机的软硬件一体化，向 PC 机的硬件、操作系统、应用软件，这样的分层结构转变的过程。大型机采用专业的硬件、专业的操作系统、专业的应用软件，不能自由定义软件功能。而PC机则是一个由软件定义功能的产品:安装windows系统的时候，它就是一台 windows 计算机;安装Linux操作系统的时候，它就是一台Linux计算机;安装游戏软件的时候，它就是一台游戏机;安装翻译软件的时候，它就是一台翻译机.....当下的网络设备，厂商出厂时封装了什么功能，你就只能用什么功能。定义权牢牢把控在厂商手里，无法通过软件自行定义它的功能。而SDN的研究者们，除了希望针对软件设备实现软件定义（可编程可定义）功能外，还要实现数据平面与控制平面的分离，即将原有网络设备的控制功能抽离出来，将网络设备的数据转发与控制能力分开部署。达到更加灵活高效的管理效果。 传统网络设备由原来的软硬件一体化，向网络分层及虚拟化的方向发展:基础设施层、控制层、应用层。SDN的定义 SDN的核心技术是通过网络设备控制平面与数据平面区分开来，从而实现网络流量的灵活控制，为核心网络及上层应用的创新提供良好的平台。 SDN的核心思想---转发和控制分离，从而实现网络流量的灵活控制SDN网络的新角色---控制器 承上.:对上层诚用提供络编程的接口 启下:对下提供对实际物理网格网元的管理
2.4 网络功能虚拟化（NFV）
NFV(Network Function Virtualization)是采用虚拟化技术，将传统电信设备的软件与硬件解耦，基于通用计算、存储、网络设备实现电信网络功能，提升管理和维护效率，增强系统灵活性。传统的专用硬件网络及通信设备，将逐步虚拟化、软件化，部署更加灵活，管理和维护成本更低。 SDN与NFV 的区别与关联: SDN 是从传统的全分布式、对等控制的网络架构，演变为控制平面和数据平面分离的架构，由分布式管理变成集中管理，控制平面可以在全局掌握数据平面设备的性能及状态，使链路状态更新更快，容错及收敛效率更高。 NFV是将传统的软硬件一体化的网络设备，演变为软件化，在通用硬件（如: PC机或虚拟化平台）上部署。使专用硬件与软件解耦，功能更灵活，应用更方便，也可实现云化部署的目标。 NFV-——网络功能虚拟化 NFV的核心思想---软件和专用硬件解耦，软件与通用硬件联姻 NFV的核心技术---虚拟化，把通用服务器的cpu、内存、Io等资源切片给多个虚拟机使用。把交换机路由器防火墙的功能作为软件应用运行在虚拟机里来模拟它们的功能。通过openstack来进行管理和编排 NFV带来的网络革命---网络瘦身(专用硬件向通用硬件的转化），业务带宽随需而动
2.5 SDN与NFV的深度融合
SDN与NFV的本质区别与关联 二者都有将传统的一体化网络设备进行软硬件解耦的特点，从封闭走向开放，从独享的硬件发展到共享的软件，二者有很强的互补性，但它们又相互独立，没有必然的依赖性。 SDN侧重于控制与转发的分离、网络集中控制（逻辑上）和网络虚拟化，主要影响的是网络结构;而NFV侧重的是软件与硬件的分离、硬件通用化和网络功能虚拟化，主要影响的是设备形态。因此，SDN是面向网络架构的创新;NFV是面向设备形态的创新。 SDN的关键特征:集中控制、优化全局效率;开放接口、加快业务上线;网络抽象、屏蔽底层差异。NFV的关健特征:上层业务云化，底层硬件标准化;分层运营,加快业务上线与创新。|
三、5G面临的挑战
3.1 频谱资源的挑战
我国的频段划分属于行政划分，和相对比的市场主导有区别。在欧美国家,频段是用来拍卖的，比如在 3G时代，对于相应的频段，我国三大运营商都已经行政划分好了，剩下的就是比拼服务。而欧美是采用拍卖的方式，他们首先要拍的此频段的牌照，比如英国的3G频谱就拍卖了220亿英镑，德国的则高达450亿美元。 频谱之所以这么贵，是因为目前可用的频谱资源是有限的。相对于提高频谱利用率，增加频谱带宽的方法显得更简单直接。在频谱利用率不变的情况下，可用带宽如果翻倍则可以实现的数据传输速率也翻倍。但是，现在常用5GHz以下的频段已经非常拥挤。因此使用高频段和超高频段，成为各大厂商不约而同的解决办法。比如使用28GHza和6OGHz的毫米波频段,是最有希望使用在5G 的两个频段。 使用28GHz和60GHz的毫米波频段，可以获得更大的带宽。综上，5G技术的落地，仍然要面对频谱资源稀缺及高频段开发等挑战
通信产业发展至今，频谱资源日益稀少。5G网络需要通过高频段甚至超高频段（例如毫米波频段)的深度开发、非投权频段的使用，满足未来网络对颊谱资源的需求。这些技术的发展同时也器要终端设备的升级。与低频无线传播特性相比，高频对无线传播路径上的建筑物材质、植被、雨衰/氧衰等﹐更敏感。不同频段存在不同的使用规则和约束，这使得频谱规划也变得更加复杂。
3.2 新业务挑战
围绕业务体验进行网络建设已成为行业共识，体验建网以达成用户体验需求作为网络建设的目标，规划方法涉及的关键能力包括:业务认别、体验评估、GAP 分析、规划仿真等。根据业务类型的体验需求特征，不同的5G 业务要求不同。 uRLLC:对时延( 1ms）和可靠性（99.999%）的要求很高 mMTC:对连接数量和耗电/待机的要求较高 eMBB:要求移动网络为AR/VR等新业务提供良好的用户体验
针对5G新业务在待机、时延、可靠性等方面的体验需求，当前在评估方法、仿真预测、以及规划方案等领域均处于空白或刚起步的阶段，面临非常大的挑战
3.3 新使用场景挑战
因为大量新业务的引入，5G应用场景将远远超出了传统移动通信网络的范围，包括: 移动热点:人群的聚集和移动会带来大量的移动热点场景，需要有超密组网场景的网络﹐规划方案。
物联网络:面向各种垂直行业的物联新业务，如智能抄表、智能停车、工业4.0等，其应用场景大大超出了人的活动范围。
低空/高空覆盖:很多国家明确提出了通过移动通信网络为低空无人机提供覆盖和监管的需求;高空飞机航线覆盖，5G为飞机航线提供高速数据业务。 对于这些应用场景，无论是相关的传播特性、还是组网规划方案，目前基本是空白，需要开展相关的课题研究。
3.3 终端设备带来的挑战
随着移动互联网和物联网的兴起，终端不断向便携式、智能化、多元化方向发展，未来联网终端数量将呈爆发式增长，互联网时代的用户长尾化需求、移动互联网时代的用户碎片化需求，将在终端设备形态上得到充分体现。对用户而言，友好的用户体验和应用的多样化成为服务类终端的核心竞争力。因此，要实现低成本多模终端的研发，给终端设备的芯片和工艺、射频技术以及器件、妳电池寿命等技术研发带来了挑战。
3.4 面临的安全挑战
5G三大应用场景面临的安全挑战 这三大应用场景中，对增强移动宽带来说，它需要更高的安全处理性能，保障用户获得良好的体验速率;二是它需要支持外部网络二次认证，能更好地与业务结合在一起;三是需要解决目前发现的已知漏洞的问题。对低功耗的大规模机器类通信来说，需要轻量化的安全机制，以适应功耗受限、时延受限的物联网设备的需要;需要通过群组认证机制，解决海量物联网设备认证时所带来的信令风暴的问题;需要抗DDOS攻击机制，应对由于设备安全能力不足被攻击者利用，而对网络基础设施发起攻击的危险。对于高可靠低时延通信来说，需要提供低时延的安全算法和协议，要简化和优化原有安全上下文的交换、密钥管理等流程，支持边缘计算架构，支持隐私和关键数据的保护。
新架构的安全挑战 面对5G带来的三大应用场景，以IT为中心的网络架构，会引入超密集组网、SDN、云计算、NFV等新技术。新技术也带来了新的挑战，比如:SDN和NFV这样的技术引入，使网络边界变得十分模糊，以前依赖物理边界防护的安全机制难以得到应用。所以，安全机制要适应虚拟化、云化的需要。5G网络会变得更加开放，相比现有的相对封闭的移动通信系统来说，会面临更多的网络空间安全问题。比如APT攻击、DDOS、Worm恶意软件攻击等，而且攻击会更加猛烈，规模更大，影响也会更大。
总结