5G網絡發(fā)展淺析

郭九鷺

(河南高速公路發(fā)展有限責任公司，河南 鄭州 450000)

一、5G簡介

5G，顧名思義是第五代通信技術，3GPP定義了5G三大場景：增強型移動寬帶(eMBB，Enhance Mobile Broadband);海量物聯網通信(mMTC，Massive Machine Type Communication)以及低時延、高可靠通信(uRLLC，Ultra Reliable &Low Latency Communication)。

(一)eMBB：按照計劃能夠在人口密集區(qū)為用戶提供1Gbps用戶體驗速率和10Gbps峰值速率，在流量熱點區(qū)域，可實現每平方公里數十Tbps的流量密度。

2016年底，在3GPP 第87次會議關于5G短碼方案的討論中，華為Polar Code(極化碼)成為5G控制信道eMBB場景編碼方案。Polar Code是人類已知的第一種能夠被嚴格證明達到香農極限的信道編碼方法，糾錯性能超過目前廣泛使用的Turbo碼(法國主推)和LDPC碼(美國高通主推)，最終成為信道控制編碼方案。華為與澳大利亞運營商Optus合作完成了5G網絡測試，使用73GHz超高頻段實現了高達35Gbps的傳輸速率。數據信道的上行和下行短碼方案依然是LDPC碼。

(二)mMTC(海量物聯網)：不僅能夠將醫(yī)療儀器、家用電器和手持通訊終端等全部連接在一起，還能面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農業(yè)、森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用場景，并提供具備超千億網絡連接的支持能力，也就是實現萬物互聯。

物聯網和智慧城市領域中，有大量的公共設施計量需求，比如水表、電表和公共環(huán)境信息監(jiān)測等，都通過各種傳感器采集環(huán)境信息數據。因為測量的特殊性，這些傳感器往往成本很低，可能一周甚至一個月才連1次網，部署以后多年都不需要替換，甚至需要部署在地下或相對封閉的室內環(huán)境中，無線信號很容易衰落，這要求物聯網的連接非常節(jié)能，而且有非常深度的覆蓋。所以，在海量物聯網方面，5G也支持更多的物聯網設備，以更低的功耗接入網絡，甚至可以實現100萬個終端同時連網，而聯網終端的電池續(xù)航，也可以長達5至10年。

(三)uRLLC：主要面向智能無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低時延高可靠連接的業(yè)務，能夠為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務可靠性保證。

低時延、高可靠一個典型的例子是自動駕駛汽車，過去的自動駕駛，更多是通過汽車自身的傳感器，感知周圍信息并做出判斷，但這些傳感器卻都有自身的極限和限制。2016年5月份，美國一輛特斯拉汽車與拖車相撞的事故，正是這樣的一個慘痛案例。

目前，高通等廠商在推動的未來無人駕駛技術，既有汽車自身的信息采集，也有汽車與汽車，乃至汽車與云端網絡的實時通信交流，從而對汽車的無人駕駛進行計算、判斷和實時調整，從而更加安全。

5G，將實現更大的帶寬，更低的時延，以及更多的網絡連接。

二、5G網絡規(guī)劃時間表

工信部主導的5G移動組網在我國已進入第二階段，中國移動已在北京、上海、廣州開始5G場外測試，形成預商用樣機；在北京懷柔也推進了全球最大的5G試驗網。移動通信進化符合摩爾定律，高速發(fā)展。

(一)移動通信組網回顧

移動：2G：GSM 3G：TD-SCDMA 4G：TD-LTE

聯通：2G：GSM 3G：WCDMA 4G：FDD-LTE FDD-LTE

電信：2G：CDMA 3G：CDMA2000 4G：TD-LTE FDD-LTE

TD-LTE-----TD組網107，占比17%，TD終端使用量51%

FDD-LTE------FDD組網507，占比83%FDD終端使用量49%

(二)5G標準推進圖

2017---非獨立組網新空口標準將與2017年底完成，滿足美日韓激進運營商需求

2018---第一個標準版本將于2018年6月完成，滿足2020年5G商用需求

2019---完整版本會在2019年9月完成，滿足ITU全部需求

2020---實現5G網絡的商用

(三)5G速率

在2016月初，中國移動在蘇州舉行首批5G試驗網外場測試正式啟動。通過現場實際測試，中國移動表示：目前5G網絡的平均速率可達10Gbps。

華為與中國移動研究院、上海移動聯合構建5G關鍵技術驗證外場，根據實驗室摸底測試結果表明，單用戶在高低頻雙連接模式下的單用戶峰值速率可達到18Gbps。

5G應用舉例一：

連接隨處可及：人、物體、地點都將接入網絡。(海量鏈接)

低功耗大連接物聯網：支持100萬鏈接/平方KM，終端待機時間超10年。

車聯網：車與鄰車、車與道路基礎設施(紅綠燈、道路兩旁的專用通信設備)進行互聯，提高道路環(huán)境感知能力。相比雷達、視頻識別的優(yōu)勢：超視距車輛信息，道路基礎設施等實時狀態(tài)信息。應用：主動行車安全，提高交通運輸效率、自動駕駛

5G應用舉例二：

終端形態(tài)各異：汽車、飛機、加電、建筑、電表、窨井蓋等都將成為終端(海量終端)

汽車由機器變?yōu)殡娮赢a品，產業(yè)由制造業(yè)變?yōu)樾畔a業(yè)，無人機編隊作戰(zhàn)，

快遞也由勞動密集型變?yōu)橘Y金密集型，

5G應用舉例三：

生活方式改變：可穿戴、遠程醫(yī)療、自動駕駛、智能家居、遠程辦公，智能生活。

VR虛擬現實/AR增強現實：VR/AR對寬帶的最低要求是200Mbps,對多人交互要求的帶寬是Gbps VR體驗，時間長了眩暈。

三、窄帶物聯網NB-IOT

NB-IoT：Narrow Band Internet of Things 成為萬物互聯網絡的一個重要分支；NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯網(IoT)市場，是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術。具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優(yōu)等特點

(一)5G與NB-IOT

5G技術帶來的絕不僅僅是更快的網速，而是將萬物智能互聯成為可能NB-IoT是5G商用的前奏和基礎，NB-IoT的演進更加重要，例如支持組播、連續(xù)移動性、新的功率等級等等，只要NB-IOT等基礎建設完整，5G才有可能真正實現。NB-IoT技術為物聯網領域的創(chuàng)新應用帶來勃勃生機，給遠程抄表、安防報警、智慧井蓋、智慧路燈等諸多領域帶來的創(chuàng)新突破。

(二)NB-IOT特點

廣覆蓋：將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，相當于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力；

具備支撐海量連接的能力：NB-IoT一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優(yōu)化的網絡架構

更低功耗：NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；更低的模塊成本，企業(yè)預期的單個接連模塊不超過5美元

NB-IoT最大的特點，是傳輸距離達到10km，可以覆蓋一個小縣城。而且可以帶無數終端，一個基站可以帶20多萬個終端。這意味著，管理一個井蓋、停車收費，都變得輕松，而且便宜。即使是200萬元建立一個基站，方圓10km都可以進行管理

(三)NB-IOT與ROLA

LoRa與NB-IoT是最有發(fā)展前景的兩個低功耗廣域網通信技術；NBIoT應用在授權頻道，主要部署在運營商移動網絡。LoRa頻段無需授權，使用免費，主要應用在企業(yè)專網場景；LoRa無需授權使用，又可以方便各類系統(tǒng)集成商開發(fā)定制；例如，高速隧道流量監(jiān)測裝置，只需接入電源，而不再需要鋪設光纖或網線

四、WLAN組網模式

(一)分布式的無線網絡

1.軟件更新。軟件更新，手工逐臺進行更新升級，通過Console線或者網絡的方式，同質性的重復化明顯；由于軟件功能日趨豐富導致軟件更新包大，傳輸緩慢、耗時長

2.配置下發(fā)。根據每個無線信號發(fā)射點的功率覆蓋范圍，頻段干擾，射頻卡屬性，關聯的速率，信道規(guī)劃需要人工維護一張無線信息點的表格，管理紊亂繁瑣。

3.無線網優(yōu)。對無線接入點智能頻制式設置，對干擾強的弱接入點，鄰居AP補齊，智能信道分布，限制低功率站點接入，限制單AP下攜帶的客戶端數量

(二)集中式無線網絡

發(fā)現加入：AP廣播等方式獲取到AC的IP地址，AP發(fā)現AC，請求加入

自動升級：鏡像數據同步，通過比對智能升級軟體版本

配置下發(fā)：通過獲取到的AP接入點信息分布位置，將預先配置的腳本下發(fā)到指定的無線接入點

配置確認：AP配置確認，AC無線控制器的下發(fā)配置內容進行確認和識別，數據的檢查。

數據?；睿和ㄟ^CAPWAP隧道轉發(fā)數據，互通消息。獲取到接入終端的信息和負荷量

(三)集中式無線網絡的特征

1.集中控制。通過無線控制器來統(tǒng)一管理和配置分布式的無線接入點

2.標準協議。采取標準的網絡協議CAPWAP來進行控制器與無線接入點的交互，實現設備同質化

3.軟硬分離。一定程度上說明了軟件與硬件的分離，通過軟硬分離無線控制器集中對設備鏡像發(fā)布

五、5G技術應用展望

5G時代有三個特點：一是傳輸快，瞬間可以下載一部高清電影；二是應用廣，可以把所有開通網絡終端的產品聯接到一起，實現萬物互聯；三是效率高，容量大、傳輸快、運用廣的特點，讓物聯網瞬間就可以完成任務匹配，是人類工作效率的千倍、萬倍。在信息時代發(fā)現即摧毀的戰(zhàn)爭中，5G是國家信息強國戰(zhàn)略依賴的新技術。

商業(yè)模式的變革比技術更具挑戰(zhàn)性。隨著網絡架構不斷演進創(chuàng)新，網絡變得空前靈活和復雜，5G還面臨很多挑戰(zhàn)，這場跨行業(yè)革命尚需協同磨合。5G不僅是通信技術的演進，更是一場從智能設備、無線技術、接入網、核心網到云端的跨行業(yè)革命。從5G標準凍結到預商用，還有更艱巨的任務在等著我們。

“技術本身不是驅動5G發(fā)展的原動力，需求才是，但商業(yè)模式的變革往往比技術本身更具挑戰(zhàn)性。5G若想兌現預期與承諾，需要5G產業(yè)鏈各方共同努力，在包括合作方式、業(yè)務開展方式、服務提供方式、營收方式等眾多層面做出改變。5G未來的商業(yè)發(fā)展，一定是基于對用戶有價值需求的探索，和在產業(yè)鏈間的協同、融合中不斷實現不同商業(yè)模式的磨合。這就要求全產業(yè)鏈廠商尋找新的角色定位，在博弈和協同中逐漸形成新的合作關系并不斷調整。5G絕非單純的技術演進，而是通信、計算融合之后，再與垂直行業(yè)結合的重大變革，并將徹底革新無人駕駛、數字醫(yī)療、VR、智能城市，智能家居等眾多垂直應用，引爆全新的應用場景和商業(yè)模式，帶來經濟增長的乘法效應。

舉例來說，自動駕駛被認為是目前最典型的5G應用場景之一，很多人認為它將成為促使5G大規(guī)模落地的“殺手級應用”，但殺手級應用”最關鍵的貢獻是給了產業(yè)界和消費者一個清晰的出發(fā)點，而非終點，當計算和通信的融合達到一定程度后，在5G業(yè)務和應用的推進過程中，它自然而然會出現。