5G技術(shù)淺析

李慧

摘要：隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在通信技術(shù)方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多元化和多角度的發(fā)展，從最初的第一代模擬技術(shù)，到現(xiàn)在的5G技術(shù)，從純語音業(yè)務(wù)的發(fā)展到語音、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的多元化發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣，以“信息隨心至，萬物觸手及”為愿景，5G技術(shù)的發(fā)展成為必然，5G已經(jīng)成為全球業(yè)界研發(fā)的焦點(diǎn)和各通信大國競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)。下面將對(duì)5G技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行簡單的介紹。關(guān)鍵詞：通信技術(shù)；5G；架構(gòu)演進(jìn) 1、5G發(fā)展概述5G（5th Generation）即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，此前已經(jīng)歷四代技術(shù)演進(jìn)：第一代移動(dòng)通信（1G）是已經(jīng)淘汰的模擬通信技術(shù)，通信標(biāo)準(zhǔn)較多，但主要市場(chǎng)由美國摩托羅拉壟斷；第二代數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)（2G）主要使用歐盟主導(dǎo)的GSM制式，現(xiàn)在仍是主流通信網(wǎng)絡(luò)，美國高通的CDMA（IS-95）制式成為下一代技術(shù)的基石；第三代移動(dòng)通信（3G）有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種制式，全球主流標(biāo)準(zhǔn)是WCDMA，中國主導(dǎo)開發(fā)的TD-SCDMA制式僅有中國移動(dòng)等少部分運(yùn)營商使用；目前已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模商用階段的第四代移動(dòng)通信（4G），主要是歐美通信公司主導(dǎo)的LTE-Advance FDD，而中國主導(dǎo)的LTE-Advance TDD技術(shù)也已經(jīng)占據(jù)市場(chǎng)一席之地；國際電信聯(lián)盟（ITU）計(jì)劃將于2020年完成第五代移動(dòng)通信（5G）全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定并逐步投入商用，5G已經(jīng)成為全球業(yè)界研發(fā)的焦點(diǎn)和各通信大國競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)。5G移動(dòng)通信技術(shù)的總體愿景是“信息隨心至，萬物觸手及”，通過高接入速率、低使用時(shí)延、海量連接能力、超高流量密度，實(shí)現(xiàn)人與物的智能互聯(lián)、信息的高速傳輸，從而滲透到未來社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，構(gòu)建以用戶為中心的全方位信息生態(tài)系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代以來，移動(dòng)通信每十年出現(xiàn)新一代革命性技術(shù)，推動(dòng)信息通信技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的革新，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力?！?G影響生活，5G改變社會(huì)”，第五代移動(dòng)通信以全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)，提供超高傳輸速率、毫米級(jí)傳輸時(shí)延和千億級(jí)連接能力，開啟萬物廣泛互聯(lián)、人機(jī)深度交互的新時(shí)代，對(duì)社會(huì)的影響力遠(yuǎn)超前幾代移動(dòng)通信技術(shù)。 2、5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)5G與4G相比，具有以下特點(diǎn)：（一）5G網(wǎng)絡(luò)空口至少支持20Gbps速率，用戶10秒鐘就能夠下載一部UHD（超高清，分辨率4倍于全高清，9倍于高清）電影。（二）核心網(wǎng)功能分離。核心網(wǎng)用戶面部分功能下沉至CO（中心主機(jī)房，相當(dāng)于4G網(wǎng)絡(luò)的eNodeB），從原來的集中式的核心網(wǎng)演變成分布式核心網(wǎng)，這樣，核心網(wǎng)功能在地理位置上更靠近終端，減小時(shí)延。（三）分布式應(yīng)用服務(wù)器（AS）。AS部分功能下沉至CO（中心主機(jī)房，相當(dāng)于4G網(wǎng)絡(luò)的eNodeB），并在CO部署MEC（Mobile Edge Computing，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊界計(jì)算平臺(tái)）。MEC有點(diǎn)類似于CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）的緩存服務(wù)器功能，但不僅于此。它將應(yīng)用、處理和存儲(chǔ)推向移動(dòng)邊界，使得海量數(shù)據(jù)可以得到實(shí)時(shí)、快速處理，以減少時(shí)延、減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。（四）重新定義BBU和RRU功能。將PHY、MAC，或者RLC層從BBU分離下沉到RRU，以減小前傳容量，降低前傳成本。（五）NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，Network Function Virtualization），就是將網(wǎng)絡(luò)中的專用電信設(shè)備的軟硬件功能（比如核心網(wǎng)中的MME，S/P-GW和PCRF，無線接入網(wǎng)中的數(shù)字單元DU等）轉(zhuǎn)移到虛擬機(jī)（VMs，Virtual Machines）上，在通用的商用服務(wù)器上通過軟件來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元功能。（六）SDN，即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)通過SDN連接邊緣云和核心云里的VMs（虛擬機(jī)），SDN控制器執(zhí)行映射，建立核心云與邊緣云之間的連接。網(wǎng)絡(luò)切片也由SDN集中控制。SDN、NFV和云技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)從底層物理基礎(chǔ)設(shè)施分開，變成更抽象靈活的以軟件為中心的構(gòu)架，可以通過編程，來提供業(yè)務(wù)連接。（七）網(wǎng)絡(luò)切片。5G網(wǎng)絡(luò)將面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景，比如，超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等等，不同的場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性、安全性、時(shí)延、可靠性，甚至是計(jì)費(fèi)方式的要求是不一樣的，因此，需要將物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求。虛擬網(wǎng)絡(luò)間是邏輯獨(dú)立的，互不影響。3、5G發(fā)展的應(yīng)用場(chǎng)景在5G時(shí)代，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)主要面向以人為主體的通信，注重提供更好的用戶體驗(yàn)。面向2020年及未來，超高清、3D和浸入式視頻的流行將會(huì)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)速率大幅提升。車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等業(yè)務(wù)則要求毫秒級(jí)的時(shí)延和接近100%的可靠性。自動(dòng)駕駛的智能管理網(wǎng)絡(luò)需要所有汽車均隨時(shí)保持與中心的高速網(wǎng)絡(luò)連接。正在快速普及的4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以提供很高的帶寬，足夠滿足這類應(yīng)用的需要。但是高速行駛的汽車對(duì)數(shù)據(jù)連接的要求不僅是高帶寬，還要有足夠低的延遲。4G技術(shù)可以在用戶較少的時(shí)候提供不錯(cuò)的響應(yīng)速度，但一旦基站附近的連接過多，每個(gè)用戶的延遲也會(huì)明顯增大。延遲的增加對(duì)于無人駕駛汽車來說是非常危險(xiǎn)的，一個(gè)剎車信號(hào)晚發(fā)出半秒就可能造成一次事故。在車與車之間（V2V）進(jìn)行通信，僅用車載傳感器進(jìn)行無線通信的延遲高達(dá) 300ms，使用 802.11p 技術(shù)的延遲為 50ms，使用 LTE-A 技術(shù)的延遲約 42ms，而使用 5G 技術(shù)的話延遲僅為 1ms。至于車與基礎(chǔ)設(shè)施之間（V2I）的通信，若使用 LTE-A 技術(shù)，延遲為 37ms，而使用 5G 技術(shù)延遲僅為 2.5ms。從一連串的數(shù)據(jù)就可以看出，未來的車聯(lián)網(wǎng)/自動(dòng)駕駛一定是基于 5G 的。結(jié)束語5G將以可持續(xù)發(fā)展的方式，滿足未來超千倍的移動(dòng)數(shù)據(jù)增長需求，將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動(dòng)性等多場(chǎng)景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時(shí)將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，并最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的5G愿景。參考文獻(xiàn)[1]王志勤；羅振東；魏克軍；5G業(yè)務(wù)需求分析及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程[J].中興通訊技術(shù)；2014年02期[2]王廣增.關(guān)于5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)的分析及其未來發(fā)展前景分析[J].新觀察，2014（04）[3]國健男；基于用戶體驗(yàn)的5G網(wǎng)絡(luò)研究[J]；電子技術(shù)與軟件工程；2015年01期.