一、前言

5G將與物聯網密不可分， 5G將不再只是一個單純的通信系統，而是以用戶為中心，全新、開放的融合體系，

二、演進中的移動通信

	20世紀80年代1G（The first Generation），采用FDMA（頻分多址）技術，模擬調制語音信號，
	
	20世紀80年代中期2G（The second Generation），采用TDMA（時分多址）技術，數字通信系統，以傳輸語音和低速資料業務為目的，又稱為窄帶數字通信系統，（歐洲的GSM體系，2.5代的GPRS）
	
	20世紀90年代3G（The third Generation），采用CDMA（碼分多址）技術，1988年的3GPP（第三代合作伙伴計劃）成立，
	
	2010年10月4G（The fourth Generation），采用OFDM（正交頻分多址）技術，還有MIMO，載波聚合等，（LTE，3GPP，RAN作業組，）
	
	獨立組網（Stand alone）和非獨立組網（Non-Stand alone）
	
	3GPP RAN1#87次會議上，中國華為主推的Polar碼成為5G短碼控制信道的終極解決方案，短碼的資料信道以及中長碼的編碼方案采用高通的LDPC碼，
	
	低功耗大連接標準——NB-IoT&eMTC&EC-GSM-IoT
	
	NB-IoT終端成本、功耗更低
	
	eMTC在移動性、語音、資料速率等有優勢
	
	EC-GSM-IoT基于GSM系統

三、5G愿景——夢想帶動現實

VR要實作完美的虛擬現物體驗，要求每秒處理5.2Gbit的資料量，時延低于20ms，

1、連續廣域覆寫場景

連續廣域覆寫場景是移動寬帶通信的典型場景

（1）采用低（<6GHz）頻段部署進行廣域覆寫，目前計劃700MHz或4GHz左右頻段，
（2）在廣域網路部署區域內為用戶（靜止，低速或高速移動）用戶提供連續覆寫，
（3）用戶體驗速率：100Mbit/s
（4）移動性：350km/h
（5）流量密度：1Tbit/s/km² (1Mbit/s/m²)

2、熱點高容量

針對（體育館、辦公區、會場、大型購物中心等）用戶密集而導致大量用戶資料需求的場景，

（1）可能采用低頻段（<6GHz）+高頻段（>6GHz）基站綜合部署的方式
（2）在熱點區域內為用戶（包括靜止、低速/步行用戶）提供高容 量業務
（3）用戶體驗速率：1Gbit/s
（4）超高用戶密度（地鐵場景）：6人/m²
（5）流量密度：>10Tbit/s/km² (10Mbit/s/m²)

3、高速移動場景

該場景指用戶在高速移動中（高速鐵路、地鐵等）由于用戶密集而導致大量用戶資料需求的場景（用戶既高速移動又十分密集）

（1）采用低頻段（<6GHz）+高頻段（>6GHz）基站綜合部署的方式
（2）用戶體驗速率：100Mbit/s
（3）流量密度：>1Tbit/s/km² (1Mbit/s/m²)
（4）移動性：500km/h

4、萬物互聯（老生常談部分hhhh）

無論是通信技識訓是移動終端的發展都是圍繞人與人之間的通信展開 人是社會發展的主體，通信服務于人，以人為中心

當人與人的通信得到很好的滿足時，物聯網便迎來了春天，物聯網的實踐最早可以追溯到1990年施樂公司的網路可口可樂販售機，其中含有程式可以監視機內可樂瓶數量，以及是否是冰的等，

Internet of Things（IoT）

簡單來說就是物物相連組成的網路

復雜一點說就是通過射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等資訊傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行資訊交換和通信，以實作智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網路，

關于物聯網感知世界

物聯網結構層次分為三層：感知層、網路層和應用層

感知層：
位于三層結構中的最底層 通過傳感網路識別物體來獲取資訊，是物聯網的核心，資訊采集的關鍵部分，由各種傳感器和傳感器網路構成（條碼、二維碼和掃描儀、GPS、RFID），

P.S.感知層擴展資料

條碼：
由一組寬度不同、平行相鄰的黑白條紋和空白，按預設的格式與間距組合起來的符號標準條碼由廠商識別碼（7-9位數字，前三位為前綴碼，中國大陸690~695、中國臺灣471、中國香港489）、商品專案代碼、校驗碼三部分組成，

RFID：
即射頻識別，又稱為電子標簽，主要用來為物聯網中的各物品建立唯一的身份標識，RFID技術是無線電廣播技術和雷達技術的結合，RFID標簽由天線和芯片組成，（電磁感應，非接觸讀寫資料）

傳感器：
傳感器是將非電信號按照一定規律轉換成易于測量、傳輸和處理的電信號的一種元件，

網路層：
由各種私有網路、互聯網、有線、無線通信網路、網路管理系統和云計算平臺等組成 負責傳遞和處理感知層獲取的資訊，

物聯網通過“網路層”將“感知層”大大小小的物件聯接起來，并由“應用層”提供豐富的應用，

應用層：
負責提供豐富的應用 將物聯網技術與行業資訊化需求相結合 是智能處理，即利用云計算、資料挖掘、中間件等技術與行業需求結合，實作廣泛智能化的應用解決方案，

關于物聯網帶來的智慧城市有如下幾個暢想：

（1）提供給市民建筑的相關資訊：用料、安全系數、建筑歷史和結構等
（2）城市噪聲系統，實時監控和繪制城市噪聲地圖
（3）城市垃圾管理系統自動檢測垃圾箱中的垃圾，優化垃圾回收，為每個易拉罐、可回
收玻璃容器等嵌入RFID標簽，控制和減少垃圾生成數量、提高物品使用率，（之前我做過一個基于RFID垃圾回收的專案，對此印象深刻）
（4）工業物聯網（工業4.0）首先由德國提出，工廠內時延敏感類通信成為機械生產和控制的關鍵，工廠內非時延敏感類通信（識別、追蹤廠內產品），遠程控制系統（遠程質量檢測與遠程虛擬辦公室），廠間通信系統為工廠提供產品生產鏈的端到端識別與追蹤與設計類資料互動，

事物的發展是雙向的，物的智能化會推動物聯網的發展，同時物聯網的發展也會促進無的智能化提升，

5、5G中物聯網的需求

低時延高可靠場景：
對于低時延高可靠場景，低時延是最重要的性能指標（無人駕駛，車聯網）

（1）部署頻段：<6GHz或6GHz附近
（2）在如城區或高速公路區域內為物聯網終端（包括低速和高速移動的用戶）提供連續覆寫，
（3）用戶體驗速率：低
（4）流量密度：低
（5）移動性：MAX 500km/h
（6）時延：1ms

廣域大連接場景：

（1）部署頻段：<6GHz
（2）在廣域網路部署區域內為物聯網終端（包括靜止、低速或高速移動的用戶）提供連續覆寫和接入，
（3）用戶體驗速率：低
（4）流量密度：低
（5）移動性：低
（6）連接數密度：10⁶個設備/km²
（7）網路能效：提高10倍能效

四、5G——關于網路

1.網路切片

相較于傳統的蜂窩網路采用專用的支持和IT系統，非常適合匹配到單一服務型的網路，但是這種的垂直架構使運營商難以擴展電信網路以及難以根據不斷變化的用戶、業務和需求進行調整，

因此網路切片這種手段應運而生，

將網路資源進行切片，單一的物理網路可以劃分成多個邏輯虛擬網路，為典型的業務場景分配獨立的網路切片，在切片內針對業務需求設計增強的網路架構，

多個網路切片共用網路基礎設施
每個切片之間（設備、接入、傳輸和核心網）邏輯上都是獨立的

2、Mesh

無線Mesh網路（WMN，Wireless Mesh Network），又稱無線網狀網，它是“多跳”網路，無線Mesh可以與其它網路協同通信，是一個動態可擴展的網路架構，任意的兩個設備均可以保持無線互聯，

相較于移動通信網和Ad hoc，Mesh在“動態、靈活”和“固態、穩定”之間找到了平衡，

Mesh網路分為三類：

第一類為基礎設施/骨干網路Mesh，Mesh路由器為客戶端形成一個基礎設施、具有自配置自愈鏈路的Mesh網，

第二類是客戶端Mesh，網路中所有節點對等通信，形成Mesh，客戶端設備間對等，客戶端自身實作路由和配置功能，同時為客戶提供終端用戶的應用，

第三類是混合Mesh即可以通過其他Mesh客戶端直接接入網路，也可以通過Mesh路由器接入網路，

3、多網路融合

該部分概念很簡單，但是技術細節繁瑣，而且現實推廣和理論研究尚需完善，我就直接跳過啦，

就補充一點：

關于LTE+WiFi在3GPP版本12的WLAN/3GPP Radio Interworking 主要采用以UE為中心的解決方案

4、LPWA（Low Power Wide Area）低功耗廣域網路

LPWA是專門為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用設計的網路，具有遠距離通信、低速率資料傳輸和功耗低的三大特點，

WiFi、藍牙、Zigbee等屬于局域網協議，并不在LPWA范疇內

NB-IoT（Narrow Band-IoT）

（1）又稱窄帶物聯網，基于現有的蜂窩技術，完成蜂窩物聯網標準協議的設計，
（2）能夠提供百倍于4G的連接規模，百倍于2G的靈敏度，設備電池供電壽命可以長達10年
（3）與使用非授權頻段的LoRa技術不同，NB-IoT使用授權頻段

Halow——WiFi的物聯網技術

2016年初，WiFi聯盟發布了更適合低功耗、大覆寫的物聯網技術標準802.11ah，該技術也被命名為“Halow”

Halow將WiFi的作業頻段進一步擴展至900MHz頻段，是現在作業于2.4GHz和5GHz的WiFi技術覆寫范圍的兩倍，且具有穿墻能力強，適合智能手表和智能家居設備，

關鍵技術有：

中繼：中繼功能最多支持兩跳

分段業務指示圖

限制接入視窗

目標喚醒時間：允許AP對STA的喚醒時間加以管理

5、5G輕形態

外在形態：

（1）部署輕便
（2）投資輕度
（3）維護輕松
（4）體驗輕快

技術形態：

（1）虛擬
（2）分布
（3）靈活
（4）高效

6、網路安全

4GLTE網路安全：

（1）計算機軟硬體安全
（2）重協商攻擊：偽基站使用戶送LTE網路回退到安全性較低的GSM網路
（3）設備跟蹤：終端設備的IMEI和IMSI資訊被偽基站攔截，進一步進行設備跟蹤
（4）通話竊聽：偽基站重協商攻擊成功后，發起中間人攻擊（使用戶經由未經加密的網路）
（5）終端設備空口阻塞：在特定頻段發射持續噪聲或信號，降低終端側的S/N（屏蔽儀）
（6）獲取密鑰：共享密鑰K是一個128位的主密鑰，用于生成加密、鑒權程序中的其他密鑰
（7）基站設施損壞（物理黑客hhhh）
（8）針對eNB、核心網的攻擊：類似互聯網的DDoS攻擊

關于5G網路安全：

5G網路安全更加復雜，安全問題更加重要，安全泄露后果更加嚴重，現有的4G網路安全技術可以作為重要參考，納入5G網路安全框架中，

幾個技術方向：

（1）基于公鑰的鑒權及密鑰協定：減少必要連接次數，單向鑒權不需要建立連接
（2）用戶證書的存盤方式（eSIM）
（3）虛擬化網元/網路間的隔離

五、5G——關于技術

1、UDN

由于近年來網路的普及，導致人群高密度區域——熱點地區資料流量增長，UDN（Ultra Dense Network，超密集組網）技術在區域熱點地區進行無線網路部署，以滿足熱點地區百倍量級的系統容量需求，這項技術是2020年以及未來移動資料流量需求的主要技術手段之一，

UDN的缺點也很明顯：

（1）小區間的干擾問題（制約性能的主要因素），尤其是控制信道的干擾（可靠性）
（2）由于小區密度的增加導致基站間距減小，用戶的切換次數和切換失敗率上升
（對于第二點我自己之前有過自己的觀察和研究，曾在一次集體討論中提出了能否使用演算法或者手動切換來解決基站間連接反復跳動導致信號不穩定的因素）

2、超密集組網干擾管理

小區間的干擾協調技術可以通過時域和頻域或空域實作，

（1）靜態頻率復用（LTE系統）

優點：方法復雜度低、網路信令開銷少、工程容易實作
評判標準：頻率復用因子（和利用率成反比）

（2）動態頻率復用（LTE系統）
可以根據干擾大小、網路負載大小、網路覆寫范圍大小以及速率要求等條件進行動態修改頻率復用

優點：有效提高系統性能、頻譜利用率提高
缺點：開銷增加、額外的協議支持、網路變得復雜，對于基礎硬體有一定要求
實作方法：軟頻分復用
將用戶劃分為邊緣用戶和中心用戶，再將可使用頻帶分成兩類，針對不同用戶使用不同頻帶

其他方法：（不是方法不好，是我自己沒看懂）
（1）多小區協作：通過多個小區的基站聯合處理信號，從而降低小區間干擾，分為上行多小區協作處理和下行多小區協作處理，目前重點在網路側，也即是下行多小區協作處理，（用戶可以接受到來自多個基站的信號）

（2）動態小區開關：將空負載或低負載的小區關閉，從而降低小區間的干擾，當小區有負載需求的時候，開啟該小區，

串行干擾消除：

ZF-SIC(破零-串行干擾洗掉)
MMSE-SIC（最小均方誤差-串行干擾洗掉）
（這部分也跳過，真看不懂了）

3、超密集組網移動性管理

針對UDN組網缺點中的第二點，由于小區間同頻干擾大，導致切換失敗率顯著上升，

每宏小區部署10個pico cell（小型基站）時，3km/h，失敗率>5%，30km/h，失敗率高達24%

小區覆寫面積變小以及形狀的不規則也同時導致乒乓切換發生的概率顯著提升，

為了減小乒乓切換，切換門限往往配置得比較高，這就導致用戶在進行切換的時候信道質量以及非常差了，造成了用戶在移動程序中服務質量體驗不一致的感受（失步、切換和重連）

解決方法：

（1）雙連接

UE可以同時連接主小區組（MCG）和副小區組（SCG），雖然在一定程度上改善了移動通信的問題，但是需要消耗更多的RRC信令和X2介面信令，而且遺憾的時不適用于宏微同頻部署場景，

（2）虛擬層

由密集部署的小基站構建成異構網路：虛擬層和物體層
虛擬層：承載廣播、尋呼等控制指令，負責移動性的管理
物體層：承載資料傳輸用戶在同一虛擬層移動時不會進行切換，僅進行物體小區的改變

實作方法：
單載波：通過不同的信號或信道構建虛擬多層網路
多載波：通過不同的載波構建虛擬多層網路，同一簇內不同小區在載波1使用相同的小區ID構建虛擬層，在載波2使用不同的小區ID構建物體層，空閑態用戶駐留在載波1且不需要識別物體層載波2，用戶使用載波聚合技術同時接入載波1和2，由載波1進行連接態用戶管理
（3）虛擬小區

用戶為中心的虛擬小區是指以移動的UE為中心，周圍多個協作小區共同構建成一個虛擬小區為該用戶提供服務，在UE移動程序中，包含在虛擬小區里的物理小區發生改變，但是虛擬小區ID可以保持不變，因此無需UE進行切換，從而資料傳輸不會中斷，

4、超密集組網——軟扇區技術

該方案利用集中式的大規模天線系統（整合到統一的網路管理平臺），通過結合MIMO技術的靈活性和小區分裂技術的簡潔性，半靜態地賦型出多個具有小區特性的波束（物理小區ID和廣播資訊），在窄波束虛擬的小區上，用寬波束虛擬出宏基站的小區，形成異構網路拓撲，

5、天線陣列

EB/FD MIMO SI圍繞天線陣列定義了三層映射關系：

（1）天線振子
（2）天線發射單元（TxRU）
（3）天線埠

（1）天線振子
天線陣列中最基本的物理單元，

位于陣列中不同位置的振子，其到達某一個和天線陣列不平行的給定平面的距離是不同的，因此不同天線振子發射出的同相位的電磁波到達該平面時就會產生相位差（導致在不同方向上有不同的圖樣），

可以通過調節各個振子上發射信號的相位權值，可以實作改變天線陣列的能量主瓣方向，實現模擬波束賦型，

（2）無線發射單元（TxRU）
一個、多個、或者整行天線陣列構成一個TxRU，

從TxRU角度來看，單個TxRU可以只包含單列的天線振子，實作在垂直維度上調整形成的模擬波束，也可包含多于一列的振子，實作在水平和垂直兩個維度的調整，

從天線陣列角度來看一列天線振子可以構成多個TxRU：

子陣列形式：每個TxRU只使用部分天線振子形成較寬的波束
全連接形式：每個TxRU都可以對整個天線陣列的權值進行調整，形成較窄的波束

（3）天線埠

一個或多個TxRU通過加權映射，在邏輯上構成系統層面上的天線埠，

通過在天線埠層面上進行預編碼操作，可以實作更為靈活的數字波束賦型，

大規模天線是5G通信系統中最具有性能提升潛力的關鍵技術之一，

6、雙工技術

（1）靈活雙工
FDD（頻分雙工）和TDD（時分雙工），

針對FDD上下行非對稱業務頻譜利用率低的情況，提出了靈活雙工技術，

靈活雙工基于頻域和時域的實作方案：

頻域：將FDD系統中部分上行頻帶配置為“靈活頻帶”，在實際使用中根據上下行業務分布，自行分配
時域：將部分時隙靈活配置成用于下行或上行傳輸

（2）同時同頻全雙工技術（CCFD）

設備的發射機和接識訓占用相同的頻率資源同時進行作業，使得通信雙方在上下行可以同時使用相同頻率，

與目前的FDD，TDD相比，CCFD可以將無線資源利用率提升近一倍，

干擾消除技術：

(1)天線干擾消除
(2)射頻干擾消除
(3)數字干擾消除

這三種干擾消除一起可以實作110dB的干擾消除，將扭曲在一起的信號分開，

P.S.軟體無線電：利用RTL-SDR設備外加一根天線抓取信號

六、后記

物聯網這個概念提出已經很久了，但是由于各種條件的限制，一直很多的概念沒有落地，隨著5G的普及，帶來的大容量、低延遲網路以及網路切片、LPWA等概念，技術的提出，我相信我們處于一個大變革的時代，在不久的將來，科幻片的場景可能會一一實作，還是那句老話，物聯網YYDS，

參考資料：
[1]柴玉輝,李煒.基于多小區協作的LTE小區間干擾處理[J].資訊通信,2011(05):51-52.
[2]S^大話5G：走進萬物互聯新時代