5G移动通信技术初级课程

一、5G技术的发展简介 2018年6月，5G NR独立组网标准冻结，标志着5G时代的来临。5G仅仅是比4G的网速更快吗？绝非如此。5G不仅提供了极高的网速，而且将网络时延、可靠性、容量等性能大幅提升，使得5G成为一个万物互联的平台，从而可以极大地推动大量相关产业的发展。 中国信息通信研究院在其研究报告中称：“第五代移动通信技术（5G）正在阔步前行，它将以全新的网络架构，提供至少十倍于4G 的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。”中国电信在其《5G技术白皮书》中也写道：“5G将是引领科技创新、实现产业升级、发展新经济的基础性平台”。 由此可以看到，5G技术的应用，将不再局限于用户间的通信联系以及个人用户的信息获取，而是渗透到了诸多行业，满足各种行业应用的通信需求，从而推动整个社会的智能化进程，这将是一场广泛而深刻的通信变革。 二、本课程的特色 这门课程，是我花费了大量的时间，在阅读了大量的资料的基础上，精心编写、录制而成的。这门课程的目标人群是那些已经有了一定的移动通信知识，但对5g网络尚未有系统了解和掌握的朋友们。在编写课件的过程中，我力争做到深入浅出，既能把技术问题探讨到一定的深度，不流于肤浅，又能易于理解，避免晦涩难懂。从内容的选择上，我力争做到全面而系统，对于5G的组网策略、核心网、接入网、承载网、网络切片技术、大规模MIMO和移动边缘计算等内容都纳入了课程内容。如果各位认真地学完这门课程，我想您会对5G移动通信技术有一个相当程度的了解和掌握，您会感到“课有所值”。 三、本课程主要内容 本课程包括八个方面的内容： 1、从1G到5G 在这一部分主要讲述了蜂窝移动通信系统的基本概念，1G、2G、3G、4G和5G移动通信系统的特点、发展演变的过程，以及5G的三大应用场景—eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量大连接）、URLLC（低时延高可靠），并以VR/AR（虚拟现实/增强现实）、智能家居、农业传感、智能制造、自动驾驶等具体应用来说明5G在垂直行业的应用场景。 2、5G的独立组网和非独立组网模式 主要讲述5G的组网方案，包括独立组网的2种模式和非独立组网的3个系列8种模式。课程中对各种组网方式的网络结构、优缺点、对业务的支持情况等进行了详细的分析，讲解了双连接、用户面、控制面、锚点等概念，并且对目前5G网络运营商如何选择各种组网模式进行了介绍。 3、5G核心网解析 主要讲述5G核心网SBA（基于服务的架构）、网络功能虚拟化、微服务、NF的调用、CUPS（控制面和用户面分离）、网络切片等内容，课程中对5G核心网的总体结构和各个NF（NSSF、NEF、NRF、PCF、UDM、AUSF、AMF、SMF、UPF）的作用都进行了讲解。 4、5G接入网架构 在这一部分，首先为大家回顾了从2G到4G接入网的发展过程，简述了它们各自的结构和特点。接下来，重点讲解了5G接入网的总体架构，CU、DU、AAU的作用，以及它们之间的功能划分。最后介绍了5G标准支持的多种接入网设备部署方案，包括CU/DU合设的两种方案和CU/DU分设的两种方案，以及它们各自的特点和适用场景。 5、5G承载网 作为移动通信网的三大子网之一，5G时代的承载网同样需要向前演进。这部分课程首先讲解了5G网络对承载网在带宽、时延、时间同步和网络切片等方面的性能需求。在参考大量文献资料的基础上，我尽量将这些性能需求量化，以期达到能够对实际工作起到指导和参考的作用。在带宽需求方面，针对前传、中传和回传网，分别给出了带宽需求的范围。接下来，课程讲解了5G承载网的技术实现方案，包括前传网的三种技术方案：光纤直连、无源WDM和有源OTN，以及中传和回传网络的通用分层结构、PAM4技术、FLEX-E技术、SR技术等，并介绍了中国移动、中国电信和中国联通的5G中、回传网技术方案：SPN（切片分组网络）、M-OTN（面向移动承载优化的OTN）和IP RAN增强，讲解了这三种技术的发展由来和技术特点。 6、MIMO及大规模MIMO技术 这一章包括四个部分的内容。第一部分是MIMO技术的原理，主要讲述了MIMO技术的基本概念、历史发展、对网络性能的改善（提高系统容量、对抗多经衰落、降低系统内干扰）等。第二部分讲MIMO技术的应用，主要包括MIMO技术的三种应用方式—空间复用、传输分集和波束成形的技术特点和优势，以及MIMO技术在WLAN、3G、B3G和4G系统的应用。第三部分讲解大规模MIMO技术的原理，包括它的技术特点、对系统性能的改善（信道容量大幅增加、波束更窄、系统内干扰更低、可实现3D波束赋形）以及它的缺点（算法复杂度高等）。第四部分是大规模MIMO技术的应用，主要介绍了它在4G和5G网络的应用，分析了大规模MIMO技术对4G网络容量提升的实测结果。 7、5G网络切片技术 这一章首先介绍了在5G网络中引入网络切片技术的必要性，以及网络切片技术的定义等内容，然后讲解了实现网络切片的技术基础。网络切片的实现，需要两个主要的技术来支撑，一个是NFV（网络功能虚拟化），另外一个是SDN（软件定义网络），课程中对这两项技术进行了比较详细的介绍。最后讲述了5G网络切片的实现，内容包括核心网切片、接入网切片以及承载网切片的实现，涉及到网络切片的选择、GROUP A、B、C三种切片构成方式、子载波间隔的选择等内容。 8、5G与移动边缘计算 这一章首先介绍了MEC（移动边缘计算）的起源和发展，追溯了IBM与诺基亚西门子开发的最早的MEC，ETSI在MEC方面的工作，以及3GPP在4G和5G标准中关于MEC的相关内容。接下来，讲解了MEC在5G网络的部署，包括边缘级、区域级和地区级MEC三种部署方式以及它们的适用场景。最后列举了一些具体的应用场景来说明MEC的应用情况，包括视频优化加速、车联网、VR直播和视频优化分析。 四、讲师简介 老铁于1991年毕业于南开大学电子系。从1994年开始，进入移动通信行业，先后在摩托罗拉公司、中国联通和中国电信的省级公司工作。2011年进入高校，从事移动通信相关课程的教学工作。 在联通和电信工作期间，老铁从事过移动通信网络的建设、规划、优化等工作，可以说在移动通信网络技术方面积累了比较丰富的知识和经验。在联通工作期间，参加过许多技术项目，也获得了一些奖项，包括中国通信标准化协会颁发的科学技术奖一等奖、信息产业部颁发的“CDMA网络创新贡献”奖，以及中国联通的“科技进步奖”三等奖。