5G技術(shù)的研究現(xiàn)狀及前景

李清華

（廣東南方通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引 言

5G技術(shù)的全面進(jìn)步和發(fā)展受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，有效提高了超高數(shù)據(jù)速率管理工作和超低時(shí)延項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理的能力，將成為中國(guó)通信未來的發(fā)展方向。5G技術(shù)能有效建立更加完善的數(shù)據(jù)監(jiān)管模式，能為場(chǎng)景化管理功能的全面落實(shí)創(chuàng)設(shè)良好的發(fā)展空間和平臺(tái)。未來，5G技術(shù)將實(shí)現(xiàn)全面普及，人們將真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地高速上網(wǎng)。

1 5G關(guān)鍵技術(shù)

全面分析5G的過程中，要了解、掌握5G的概念。相關(guān)白皮書中認(rèn)為，5G是大規(guī)模天線陣列與超密集組網(wǎng)體系組合而成的通信應(yīng)用結(jié)構(gòu)，內(nèi)部涉及新型多址技術(shù)，能建立新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，在一定程度上提升通信效率和質(zhì)量。此外，超密集組網(wǎng)體系中，能從根本上增加基站的部署密度，為增大系統(tǒng)容量創(chuàng)設(shè)良好平臺(tái)；同時(shí)，具備連接千億設(shè)備的能力，實(shí)現(xiàn)更加智能、高效的通信網(wǎng)絡(luò)管理目標(biāo)。

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

5G是全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，其中的關(guān)鍵是SDN和NFV。SDN能建立功能控制模塊和功能轉(zhuǎn)發(fā)模塊，且兩個(gè)模塊相互獨(dú)立，軟件基礎(chǔ)方式采用網(wǎng)絡(luò)控制的抽離和聚合方式，借助相應(yīng)的交流平臺(tái)和信息交互機(jī)制，在一定程度上從全局角度發(fā)布數(shù)據(jù)資源調(diào)度指令，搭建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)內(nèi)部的編程體系。NFV指借助組件化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)模塊，建立更加完整的控制重構(gòu)體系，并能發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)效性。SND是NFV實(shí)現(xiàn)的根本，也是真正意義上建立功能模塊化和組件化體系的關(guān)鍵?；诖耍嚓P(guān)運(yùn)營(yíng)商能在差異化場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求體系內(nèi)建立完整的功能管控結(jié)構(gòu)。另外，要想實(shí)現(xiàn)NFV模塊控制，就要保證網(wǎng)絡(luò)切片的科學(xué)性，并應(yīng)用虛擬化手段實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)物理基礎(chǔ)設(shè)施資源虛擬化處理，形成相互獨(dú)立的平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)切片模式，保證每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片都能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)比例的實(shí)體化5G網(wǎng)絡(luò)模型，完成有效分割，創(chuàng)建子網(wǎng)絡(luò)體系。

1.2 5G空口技術(shù)

5G空口技術(shù)體系內(nèi)，其整體應(yīng)用指令和應(yīng)用要求都是4G技術(shù)的演進(jìn)，主要是對(duì)新型多址、大規(guī)模天線以及超密集組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合，系統(tǒng)化升級(jí)傳統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)，建立更加完整的連續(xù)性廣域覆蓋項(xiàng)目，維持空口方案的應(yīng)用價(jià)值，提高可靠性和低功耗性發(fā)展水平。5G空口技術(shù)體系內(nèi)，稀疏碼多址接入技術(shù)模塊、可變子載波的非正交接入基礎(chǔ)波形模塊等成為了有效優(yōu)化頻譜應(yīng)用效率的措施，在一定程度上滿足了適配業(yè)務(wù)管理工作和空口傳輸?shù)幕拘枨?，?duì)升級(jí)和優(yōu)化5G技術(shù)體系具有重要意義。

另外，稀疏碼多址接入技術(shù)模塊、可變子載波的非正交接入基礎(chǔ)波形模塊都是從虛擬無線接入網(wǎng)的角度升級(jí)技術(shù)體系，告別了傳統(tǒng)的蜂窩式結(jié)構(gòu)，建立了以用戶為服務(wù)中心的管控體系，減少了信號(hào)衰落和干擾問題。稀疏碼多址接入技術(shù)模塊全面落實(shí)了多址技術(shù)，無論是時(shí)域控制還是頻譜效率管理，都呈現(xiàn)出全面優(yōu)化的趨勢(shì)[1]。

2 5G技術(shù)研究現(xiàn)狀

在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)全面進(jìn)步和發(fā)展的時(shí)代背景下，要想提升通信體系的應(yīng)用效率，就要積極建立、健全滿足消費(fèi)者需求的管控模式，確保維護(hù)信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，從而實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展?；诖?，5G技術(shù)在過濾器方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的成功轉(zhuǎn)型。相較于4G技術(shù)，5G能建立更加系統(tǒng)化的接收效率模塊和抗干擾模塊，我國(guó)將會(huì)普及5G技術(shù)和5G通信網(wǎng)絡(luò)模式，全面提升無線網(wǎng)工作效率。

2.1 業(yè)務(wù)需求

5G網(wǎng)絡(luò)體系將為人們提供更加有效的用戶體驗(yàn)平臺(tái)，全面落實(shí)信息管理工作，在全新的信息交互體系內(nèi)，將實(shí)現(xiàn)全面提升網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓饫w接入速度，并且能避免延時(shí)問題[2]。應(yīng)用5G技術(shù)建立的5G通信網(wǎng)絡(luò)，將為人們提供更加便捷化的服務(wù)，提升用戶感知的智能化水平，為提升網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用速度和降低應(yīng)用成本奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另外，5G的業(yè)務(wù)需求受到了廣泛關(guān)注，成為了5G技術(shù)全面推廣的根本目標(biāo)。

第一，5G技術(shù)將實(shí)現(xiàn)超高速體驗(yàn)的訴求。5G技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的過程中，將更加關(guān)注移動(dòng)寬帶用戶的接入速度，只有保證終端用戶建立瞬時(shí)連接和無延時(shí)體驗(yàn)，才能真正發(fā)揮5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。目前，已經(jīng)研發(fā)并預(yù)備推廣的5G技術(shù)業(yè)務(wù)類型主要包括超高清視頻業(yè)務(wù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)等。

第二，5G技術(shù)將實(shí)現(xiàn)超高用戶密度的訴求，在技術(shù)推廣過程中為用戶提供高密度分布場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。目前，相應(yīng)的通信服務(wù)商已經(jīng)開始對(duì)用戶接入業(yè)務(wù)進(jìn)行了一系列約束，為5G通信網(wǎng)絡(luò)的全面普及創(chuàng)設(shè)了良好的平臺(tái)[3]。

第三，5G技術(shù)將實(shí)現(xiàn)超高速移動(dòng)的訴求。5G技術(shù)研究過程中，要想優(yōu)化用戶應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)的體驗(yàn)，就要升級(jí)通信速率，從而滿足快速路、高鐵等快速移動(dòng)情況下的業(yè)務(wù)需求?；诖?，5G技術(shù)將升級(jí)相應(yīng)通信體系和模塊，提升信息交互和傳輸?shù)乃俣取?/p>

第四，5G技術(shù)將實(shí)現(xiàn)低時(shí)延高可靠性的訴求，為提升場(chǎng)景化應(yīng)用效果打下夯實(shí)基礎(chǔ)。在5G技術(shù)全面普及后，將被應(yīng)用到工業(yè)控制項(xiàng)目、智能交通項(xiàng)目等，能減少數(shù)據(jù)端與端傳輸?shù)臅r(shí)延問題，有效提升可靠性，為后續(xù)信息交互管理工作的全面進(jìn)步奠定基礎(chǔ)[4]。

第五，5G技術(shù)將實(shí)現(xiàn)海量終端實(shí)時(shí)性連接場(chǎng)景的訴求。主要大量連接設(shè)備和傳感器等，實(shí)現(xiàn)技術(shù)差異化發(fā)展。

2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

在全面分析5G技術(shù)的過程中，需要結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行判定。

第一，5G技術(shù)將增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，在傳統(tǒng)技術(shù)體系的基礎(chǔ)上優(yōu)化技術(shù)運(yùn)行效率，改善并提升用戶體驗(yàn)，將常識(shí)性和改進(jìn)性管理結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵?；谛阅艿奶嵘?，能支持3D超高清視頻等大流量應(yīng)用，為移動(dòng)寬帶管理工作的高效部署提供保障。例如，3GPP RAN187次會(huì)議中，華為極化碼方案正式通過，并且將其作為5G技術(shù)eMBB場(chǎng)景編碼的基礎(chǔ)方案。在這個(gè)應(yīng)用環(huán)境中，能有效落實(shí)移動(dòng)應(yīng)用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建更加高效的數(shù)據(jù)管理框架，真正突出移動(dòng)數(shù)據(jù)信息的移動(dòng)價(jià)值，提高數(shù)據(jù)的整體傳輸速率[5]。

第二，5G技術(shù)將呈現(xiàn)大規(guī)模機(jī)器化通信趨勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)全面應(yīng)用的背景下，整合大規(guī)模機(jī)器類通信體系成為應(yīng)用技術(shù)和管理項(xiàng)目的關(guān)鍵。相較于傳統(tǒng)的eMTC技術(shù)，大規(guī)模機(jī)器類通信體系更加關(guān)注人和物之間的信息互聯(lián)，是順應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)體系的關(guān)鍵技術(shù)。在這個(gè)技術(shù)模式中，應(yīng)用人與物和物與物之間的聯(lián)動(dòng)，能夠建立更加全面的通信需求體系，且更加突出整體場(chǎng)景的特性?；趫?chǎng)景特性，在連接端管理過程中，能夠保證數(shù)量的合理性，能夠維護(hù)非敏感數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息交互體系，提升終端管理水平，減少終端成本，有效延長(zhǎng)電池的使用壽命[6]。

第三，能在高可靠性時(shí)延通信體系下建立更加直觀的信息監(jiān)督管理模式。5G技術(shù)的推廣方案中，要想保證技術(shù)流程和技術(shù)要點(diǎn)的完整性，就要監(jiān)督和管理高可靠性低時(shí)延通信過程，確保相應(yīng)場(chǎng)景體系內(nèi)的吞吐量、時(shí)延信息、可用性都能達(dá)到嚴(yán)格的應(yīng)用要求，能夠維護(hù)技術(shù)結(jié)構(gòu)，提升通信項(xiàng)目的綜合價(jià)值。例如，借助無線系統(tǒng)控制工業(yè)制造過程或遠(yuǎn)程醫(yī)療項(xiàng)目，將自動(dòng)配電和傳輸安全項(xiàng)目應(yīng)用在智能電網(wǎng)體系內(nèi)，都是5G技術(shù)將要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

3 5G技術(shù)發(fā)展前景

在5G技術(shù)全面發(fā)展的時(shí)代背景下，無論是技術(shù)體系還是運(yùn)行結(jié)構(gòu)，都呈現(xiàn)逐漸轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)結(jié)構(gòu)都將實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化[7]。

一方面，5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展進(jìn)程。2013年，我國(guó)正式成立5G推進(jìn)組，將其稱為IMT-2020小組，主要集中管理5G技術(shù)的應(yīng)用策略、應(yīng)用需求、項(xiàng)目技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)等，并深度挖掘其國(guó)際化應(yīng)用路徑和范圍。針對(duì)相應(yīng)內(nèi)容，推進(jìn)組發(fā)布了5G技術(shù)的需求白皮書、5G技術(shù)的概念白皮書以及5G無線技術(shù)架構(gòu)白皮書等一系列文件，旨在建立健全、完整的技術(shù)運(yùn)行框架體系。其不僅描述了5G技術(shù)的整體愿景，也闡釋了關(guān)鍵功能和用戶體驗(yàn)率需要達(dá)成的目標(biāo)。相較于傳統(tǒng)的4G技術(shù)，5G技術(shù)無論是應(yīng)用規(guī)模、運(yùn)行場(chǎng)景還是數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)延管理，都將實(shí)現(xiàn)全面轉(zhuǎn)型，并大幅度升級(jí)。此外，在管理3GPP5G路標(biāo)和規(guī)劃項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，新空口技術(shù)部署將在兩個(gè)階段完成。第一個(gè)階段是全面制訂Rel.1.5版本，于2018年完成，并且在2020年完成部署工作；第二個(gè)階段是處理Rel.1.6版本，于2019年制作，并且在2021年完成部署。基于此，全面推進(jìn)5G技術(shù)的運(yùn)行和升級(jí)，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)[8]。

另一方面，結(jié)合我國(guó)工信部相關(guān)要求，5G技術(shù)的商用計(jì)劃即將啟動(dòng)，成為了信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃中的關(guān)鍵項(xiàng)目。有效完成部署工作，在三大運(yùn)營(yíng)商中進(jìn)一步建立商用計(jì)劃模式和規(guī)范化管理標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)啟動(dòng)規(guī)模化組網(wǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目具有重要的意義和價(jià)值。2019年之前，將實(shí)現(xiàn)規(guī)?；M網(wǎng)前期測(cè)試和試驗(yàn)，建立預(yù)商用規(guī)劃，為2020年全面落實(shí)5G技術(shù)奠定基礎(chǔ)。5G技術(shù)商用規(guī)劃項(xiàng)目中，將按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建立對(duì)應(yīng)的芯片生產(chǎn)體系，我國(guó)相應(yīng)的電子產(chǎn)品企業(yè)將進(jìn)一步推動(dòng)研究進(jìn)程，完善領(lǐng)域布局，提高管理水平，發(fā)揮其商用價(jià)值的實(shí)際作用[9]。

4 結(jié) 論

總而言之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的全面進(jìn)步和發(fā)展，5G技術(shù)的大范圍推廣將成為現(xiàn)實(shí)。5G技術(shù)能在不同應(yīng)用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程管理，能在關(guān)鍵技術(shù)和業(yè)務(wù)場(chǎng)景共同支持的體系下優(yōu)化應(yīng)用效率，為全面優(yōu)化布局管理和數(shù)據(jù)跟蹤處理效果奠定基礎(chǔ)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)和模式創(chuàng)新，為人們提供更加舒適的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。