5G技術在4G網(wǎng)絡中的應用前景探討

李鋼

(北京華麒通信科技有限公司)

1 引言

5G技術系統(tǒng)原本是指預期在2020年開發(fā)和普及的新一代移動通信應用系統(tǒng)，和4G網(wǎng)絡相比，5G技術系統(tǒng)可以進一步擴大移動寬帶的應用范圍并提高各種數(shù)據(jù)業(yè)務水平，提升系統(tǒng)運行速率，滿足互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求，并全面優(yōu)化低時延通信體系，加強各個控制領域以及低時延業(yè)務運轉的可靠性。

2 5G技術系統(tǒng)的開發(fā)設計目標和基本實現(xiàn)方案

2.1 5G技術系統(tǒng)的開發(fā)設計目標

從數(shù)據(jù)開發(fā)的角度來看，5G技術系統(tǒng)的開發(fā)設計目標分為7項子目標：

1）使峰值數(shù)據(jù)速率達到平均20Gbit/s；

2）使用戶體驗數(shù)據(jù)的平均速率達到100Mbit/s；

3）使系統(tǒng)的頻譜效率比原來的4G系統(tǒng)多出2倍；4）使移動速度達到平均500km/h；5）確保時延滿足在1ms以內(nèi)，準確連接密度高達100 000終端/km2；

6）使網(wǎng)絡能量的效率達到原來4G技術系統(tǒng)的100倍；

7）確保單位面積流量密度滿足10Mbit/s的要求。

2.2 實現(xiàn)目標的基本方案

實現(xiàn)5G技術系統(tǒng)的開發(fā)設計目標，為該技術在4G網(wǎng)絡應用的中開拓了良好的前景，首先要設計好實現(xiàn)目標的基本方案[1]。業(yè)界應根據(jù)當前業(yè)務驅動的發(fā)展狀況重構網(wǎng)絡，在此過程中，需要充分發(fā)揮SDN與NFV以及網(wǎng)絡切片的綜合作用，從而推動網(wǎng)絡滿足高度敏捷化的標準要求。對于無線側，業(yè)界應綜合應用高度密集型組網(wǎng)、規(guī)模巨大的天線、高頻率的通信技術、新型多址技術和新波形以及新調制編碼來提高網(wǎng)絡技術的整體速率和系統(tǒng)可靠性，滿足低時延的工作要求。其次，從全球化的角度來看，4G網(wǎng)絡已開始步入4.5G網(wǎng)絡的運營時代。2017年1月，據(jù)GSA統(tǒng)計，全球已有201個國家開始部署LTE網(wǎng)絡系統(tǒng)，平均每個國家的部署商家多至581家。同時，LTE-Advanced Pro網(wǎng)絡和LTE-Advanced也在不斷發(fā)展，調查結果表明，世界上已有87個國家和183家運營商精心部署了這2種網(wǎng)絡系統(tǒng)。再次，近年來，在移動視頻業(yè)務的引領下，全世界的移動數(shù)據(jù)總業(yè)務量以平均每年100%～200%的增長速度不斷增加。因此，各國運營商均需要進行全面創(chuàng)新，努力提高網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行速率，擴展系統(tǒng)存儲容量，滿足現(xiàn)代業(yè)務日益變化的增長需求[2]。

此外，運營商需要在擴大系統(tǒng)存儲容量的基礎上全面優(yōu)化自身轉型結構，結合垂直行業(yè)的標準要求，盡可能地縮小網(wǎng)絡時延，使網(wǎng)絡系統(tǒng)適應不同的場景，并增強系統(tǒng)的差異性作用。由于所有網(wǎng)絡系統(tǒng)演進化需求在發(fā)展趨勢上都和5G技術系統(tǒng)呈一致性，對于5G技術在4G網(wǎng)絡中的應用前景問題，運營商應綜合使用MEC技術、Massive MIMO技術、高階調制技術和宏微協(xié)同組網(wǎng)技術來強化4.5G網(wǎng)絡的核心性能。

3 5G技術在4G網(wǎng)絡中的應用前景

3.1 MEC技術應用

在ETSI視角下，從MEC技術原理和該技術的性能可以看出，該技術是為無線接入部署相關設備，配置高等的通用型服務器，然后為移動網(wǎng)的邊緣區(qū)域增加IT和云計算技術功能，并使其靠近用戶?？紤]技術性能的發(fā)展視角，MEC技術可以提高傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)的業(yè)務能力，使其滿足近距離的部署條件，滿足數(shù)據(jù)業(yè)務需要，不斷增強高帶寬與低時延的信息傳輸能力，與此同時，需要通過降低網(wǎng)絡負荷指數(shù)和網(wǎng)絡回傳帶寬以及下沉業(yè)務面下沉完善本地部署。此外，需要運用MEC技術促進無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)技術的有機結合，給無線網(wǎng)絡的兩側區(qū)域添加計算、存儲、整合、植入應用和處理功能，從而構建良好的開放式平臺。

綜合分析MEC服務器的3層邏輯實體，使各層次充分發(fā)揮相關作用。通常情況下，MEC服務器的第1層是MEC平臺的支撐層，該層次的基礎組成系統(tǒng)是NFV硬件資源和虛擬性架構，將這2部分結合在一起，可以保證虛擬化計算處理、數(shù)據(jù)緩存與虛擬交換等工作的順利完成。第2層屬于MEC功能組件，該層次可以運用對外接口為承載所有業(yè)務提供相應的適配功能，借助API和基站及其上層實現(xiàn)接口封裝，為客戶提供無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息、流量旁路、VM通信服務、注冊和應用服務等相關業(yè)務。第3層屬于MEC應用層，該層次可以實現(xiàn)MEC功能組件的有機組合與封裝，強化系統(tǒng)虛擬應用功能，增加無線緩存空間、本區(qū)域分流、優(yōu)化各種業(yè)務、實施準確定位與強化現(xiàn)實技術等應用服務，并通過設置科學的接口開發(fā)第三方業(yè)務，增強系統(tǒng)軟件的高效開發(fā)功能，全面實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的能力開放和調用。

3.2 Massive MIMO技術應用

Massive MIMO主要通過基站側的大規(guī)模天線陣列來構建多發(fā)多收系統(tǒng)，一般情況下，大規(guī)模天線陣列的陣子數(shù)在128以上，從而形成更細的波束以充分提升頻譜效率與信噪比，控制干擾系數(shù)[3]。此外，Massive MIMO技術可以創(chuàng)新不依賴于空口的編碼技術方式以充分適應4G和4.5G以及5G網(wǎng)絡系統(tǒng)應用的業(yè)務要求。需要注意的是，因為當代多用戶MIMO性能的增益通常來源于多用戶的空分復用（Spatial Multiplexing），因此，需要借助陣列規(guī)模龐大的Beamforming全面降低多用戶之間的干擾系數(shù)，大幅度提高單用戶SINR和多流傳輸效率，不斷增加網(wǎng)絡系統(tǒng)容量。

3.3 高階調制應用

為確保系統(tǒng)容量與頻譜效率滿足業(yè)務需求，需要采用效果良好的調制方案，通常，在16QAM調制中，平均每個符號需承載的信息為4bit；在64QAM調制中，每個符號所承載的信息需精準到6bit；在256QAM調制中，每個符號需承載的信息是8bit。

3.4 宏微協(xié)同組網(wǎng)應用

優(yōu)化宏微協(xié)同組網(wǎng)應用方案，首先，需要努力實現(xiàn)各方面的信息交互，對4G網(wǎng)絡系統(tǒng)進行安全加固，借助安全的網(wǎng)絡系統(tǒng)激活混合訪問、遠程驗證以及隔離控制等系統(tǒng)功能，實現(xiàn)系統(tǒng)功能最大程度的發(fā)揮；其次，要強化系統(tǒng)中物理硬件的集成度，將物理接口受到非法攻擊的可能性降到最?。蛔詈?，相關部門要采取積極的應對措施，通過加強電壓及電流檢測的力度進行網(wǎng)絡電路的檢測防護，從而全面提高網(wǎng)絡利用率及其價值。

4 結語

綜上所述，創(chuàng)建5G技術在4G網(wǎng)絡中的最佳應用前景，提升網(wǎng)絡服務水平，需要全面優(yōu)化MEC、Massive MIMO、高階調制應用和宏微協(xié)同組網(wǎng)等技術系統(tǒng)的應用功能。