探討5G通信場景技術(shù)要點

甄仲強

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510000）

1 前言

隨著5G的規(guī)模部署及持續(xù)建設(shè)，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)日趨成熟。我國的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)主要采用SA組網(wǎng)架構(gòu)方式建設(shè)，5G SA網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization, NFV）及軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network, SDN）的服務(wù)架構(gòu)，具有增強型移動寬帶（enhanced Mobile Broad Band, eMBB）、超高可靠性低時延業(yè)務(wù)（ultra-Reliable and Low Latency Communications, uRLLC）和海量機器類通信（massive MachineType Communications, mMTC）三大應(yīng)用場景，除了滿足傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)語音通信外，還可以很好的應(yīng)用于社會垂直行業(yè)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的逐步普及，5G將重塑行業(yè)應(yīng)用場景，推動社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

截至2021年中，全國已建成5G基站92萬個，占全球5G基站總數(shù)的70%。其中，北上廣深等一線城市已初步實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)城區(qū)連片覆蓋的建設(shè)目標(biāo)，為基于5G網(wǎng)絡(luò)的垂直行業(yè)應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。高質(zhì)量開展5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋建設(shè)目標(biāo)已成為當(dāng)前移動通信建設(shè)事業(yè)的主流發(fā)展趨勢。在這樣的發(fā)展態(tài)勢中，行業(yè)內(nèi)部研究人員應(yīng)加強對5G通信場景以及關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，可以有效助推5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋建設(shè)，進而促進全行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展進程。

2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢及特點

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

相對4G移動通信技術(shù)而言，5G移動通信不僅僅是一次技術(shù)更新?lián)Q代，5G移動通信除了提供移動用戶基本的通信需求外，還可以為用戶提供了增強現(xiàn)實以及虛擬現(xiàn)實等一系列業(yè)務(wù)體驗?zāi)Ｊ健Ｗ钪匾氖牵?G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加側(cè)重于解決人與物、物與物之間所存在的通信問題，可以有效滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，如移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等。結(jié)合當(dāng)前情況來看，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步滲透到各行業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，并發(fā)展成為支撐我國經(jīng)濟社會數(shù)字化可持續(xù)發(fā)展以及行業(yè)生產(chǎn)工作智能化轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)手段，具有較強的可行性價值。

2.2 特點分析

與4G移動通信技術(shù)相比，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所表現(xiàn)出的特點更加明顯，并有效補齊了傳統(tǒng)4G移動通信技術(shù)存在的短板問題。

首先，在超高速率方面，5G速率最高可達到4G的100倍左右，并可以實現(xiàn)每秒10Gb峰值速率，用戶可以利用手機等終端設(shè)備流暢觀看高清視頻（4K、8K高清視頻），并且也可以暢玩VR游戲，實現(xiàn)360度全景暢玩；其次，在超低時延方面，5G空口時延可低到1毫秒。與傳統(tǒng)4G移動通信技術(shù)相比，5G空口時延僅為4G的1/10。且從客觀角度上來看，5G所具備的空口時延特點遠(yuǎn)高于人體應(yīng)急反應(yīng)，可以廣泛應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域以及相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中；最后，在超大連接方面，與4G移動通信技術(shù)相比，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在用戶容量方面明顯擴增，除了可以應(yīng)用于手機終端連接之外，還可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中。最重要的是，5G每平方公里可以達到100萬的連接數(shù)量，這是4G移動通信技術(shù)無法比擬的。

3 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)部署場景及行業(yè)應(yīng)用分析

3.1 部署場景

5G移動通信不僅僅是一次簡單的技術(shù)升級換代，實際上，5G移動通信除了可以實現(xiàn)移動寬帶增強之外，還具備低功率海量連接以及低時延高可靠性等特點。

3.1.1 移動寬帶增強

廣域連續(xù)覆蓋以及高容量熱點基本上可以視為移動寬帶增強的具體部署場景。其中，廣域連續(xù)覆蓋主要體現(xiàn)在覆蓋范圍的廣度方面，在應(yīng)用體現(xiàn)方面主要以保障用戶移動性以及業(yè)務(wù)連續(xù)性為根本目的，通過采取切實可行的技術(shù)手段，為用戶提供高速業(yè)務(wù)體驗功能。而高容量熱點更加側(cè)重于強調(diào)質(zhì)量，舉例而言，在大型集會場景如音樂會等，可通過運用5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的移動寬帶增強場景優(yōu)勢，為用戶提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，進一步滿足用戶的上網(wǎng)需求。通俗的來說，就是在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域范圍內(nèi)都可以上網(wǎng)，同時上網(wǎng)速度極快。

3.1.2 低功耗海量連接

低功耗海量連接在部署場景體現(xiàn)上，一般多以智慧城市以及環(huán)境監(jiān)測等為主。在這部分領(lǐng)域中，通常以傳感及數(shù)據(jù)采集為主要目標(biāo)。并運用小數(shù)據(jù)包以及低功耗等優(yōu)勢特點，進一步保障終端的超低功耗以及成本。因低功耗海量連接應(yīng)用場景的存在，促使我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程逐步加快。結(jié)合當(dāng)前發(fā)展情況來看，萬物互聯(lián)從最初的設(shè)想已經(jīng)照進現(xiàn)實。甚至可以說，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)可以改變我國社會生活。

3.1.3 低延時高可靠

低時延高可靠所涉及到的部署場景一般多針對車聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)控制等垂直行業(yè)而言，結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，這部分應(yīng)用場景對于時延以及可靠性指標(biāo)要求相對嚴(yán)格，要求移動通信技術(shù)可以為用戶提供毫秒級的通信條件，并且保證百分之百的業(yè)務(wù)可靠性。舉例而言，處于該應(yīng)用場景下，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)該滿足10毫秒以內(nèi)的延遲。通俗來講，10毫秒以內(nèi)的延遲可以理解為自動控制剎車與人的剎車反應(yīng)時間基本接近。除此之外，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以完成基站邊緣位置的科學(xué)計算。

需要注意的是，上述三種部署場景在5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計體系方面存在一定差別。在具體應(yīng)過程中，研究人員需要對網(wǎng)絡(luò)資源進行拆分細(xì)化，以期可以達成場景需求。舉例而言，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將物理網(wǎng)絡(luò)按照邏輯劃分原則，細(xì)化分為多個邏輯網(wǎng)絡(luò)。其中，不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)可服務(wù)于不同場景。

3.2 行業(yè)應(yīng)用

近些年來，隨著我國5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入持續(xù)發(fā)展，該項技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到不同行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，如智慧醫(yī)療、智慧教育、智能制造、無人駕駛等等。以鋼鐵生產(chǎn)為例，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣與應(yīng)用可以賦能鋼鐵制造。鋼鐵行業(yè)內(nèi)部通過利用5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)功能優(yōu)勢，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)以及智慧化運營過程。以智能化生產(chǎn)為例，5G網(wǎng)絡(luò)所具備的低時延特征可以實現(xiàn)對機械設(shè)備遠(yuǎn)程控制與管理，進一步增強運維效率以及生產(chǎn)效率。

目前，我國部分鋼鐵廠區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)無人化轉(zhuǎn)型發(fā)展。除此之外，5G通過賦能可以對醫(yī)療服務(wù)體系進行全面升級與改造。如利用遠(yuǎn)程醫(yī)療以及應(yīng)急救護等服務(wù)方式，強化智慧醫(yī)療服務(wù)體系的持續(xù)應(yīng)用。在助力智慧城市方面，城市安防監(jiān)控可以結(jié)合大數(shù)據(jù)以及其他先進技術(shù)內(nèi)容，構(gòu)建5G+超高清視頻監(jiān)控體系，完成對人臉以及車物等識別。

4 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以主動利用低功率的小型化基站以及宏站完成對移動信號覆蓋率的精細(xì)化處理。也就是說,與4G移動通信技術(shù)相比，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以接入混合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，進一步增強移動信號覆蓋率。最重要的是，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在站點功率利用方面表現(xiàn)較小，可以提供較大的頻譜效率。這樣，不僅可以全面增強5G通信信號質(zhì)量，同時也可以全面提高5G通信效率。需要注意的是，為解決當(dāng)前移動站點設(shè)置密集的現(xiàn)狀問題，大多數(shù)相關(guān)單位對于超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行了進一步深度研究，以期可以切實提高頻譜效率。

4.2 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片作為5G通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，不僅可以滿足不同業(yè)務(wù)場景，網(wǎng)絡(luò)制定要求，同時也可以保障不同業(yè)務(wù)場景之間獨立運行，不受干擾，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享過程。其中，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化即NFV基本上可以視為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)高效應(yīng)用的基礎(chǔ)內(nèi)容。為保障可以在移動通訊網(wǎng)絡(luò)中完成統(tǒng)一部署以及設(shè)備功能優(yōu)化任務(wù)，操作人員需結(jié)合軟件功能虛擬化特征為不同用戶提供針對性服務(wù)。除此之外，因不同網(wǎng)絡(luò)形式在網(wǎng)絡(luò)功能需求方面存在差異，如金融行業(yè)需要穩(wěn)定安全的網(wǎng)絡(luò)體系，而視頻網(wǎng)絡(luò)則需要大量帶寬，針對于此，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)立足于滿足用戶差異性需求角度，加強對不同邏輯網(wǎng)絡(luò)體系的架構(gòu)應(yīng)用，進一步保障網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量。

4.3 同工同頻全雙工技術(shù)

隨著5G通信用戶數(shù)量的不斷提高，我國通信寬帶需求逐步呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。在這樣的發(fā)展背景下，行業(yè)內(nèi)部應(yīng)加強對5G通信技術(shù)信息頻段問題的優(yōu)化處理。結(jié)合以往的通信領(lǐng)域來看，時分雙工與頻分雙工基本上可視為傳統(tǒng)通信領(lǐng)域常用的信息頻段方式，在抗干擾能力方面表現(xiàn)薄弱。最重要的是，這種信息頻段方式所涉及到的通信效率以及數(shù)據(jù)傳輸效率不高。而通過應(yīng)用同工同頻全雙工技術(shù)可有效擺脫傳統(tǒng)技術(shù)手段存在的短板問題，通過不斷擴大信息容量，進一步增強數(shù)據(jù)傳輸速率。

4.4 D2D技術(shù)

D2D技術(shù)是兩個對等的用戶節(jié)點按照規(guī)范合理的操作方式，構(gòu)建新型通信模式，增強信號接收與發(fā)送能力，同時，也增強資源共享效率。與傳統(tǒng)技術(shù)手段不同，D2D通信技術(shù)更加側(cè)重于實現(xiàn)資源互通，確保用戶在訪問相關(guān)網(wǎng)站時無需借助其他中間路由就可實現(xiàn)安全訪問過程，進一步強化用戶個人體驗感。

5 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)問題及發(fā)展趨勢分析

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署以及網(wǎng)絡(luò)的日趨成熟，需要重點關(guān)注5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢及相關(guān)問題。其中，為進一步助推5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入持續(xù)發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部人員應(yīng)加強對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用趨勢以及前景問題的研究力度。

5.1 移動通信網(wǎng)絡(luò)安全

一方面，5G移動通信在通信技術(shù)的應(yīng)用層面、功能拓展及用戶體驗方面帶來了很大的提升，如5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有的低時延、大帶寬特點，可以很好的解決移動網(wǎng)絡(luò)在運行過程中存在的不通暢或者不穩(wěn)定問題，為廣大用戶群體提供良好的服務(wù)體驗。然而，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，應(yīng)用內(nèi)容及方式越來越豐富，移動通信的網(wǎng)絡(luò)安全成為需要重點關(guān)注的問題。在后續(xù)發(fā)展過程中，行業(yè)內(nèi)部研究人員應(yīng)對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運行穩(wěn)定性以及安全性問題需予以高度重視。應(yīng)當(dāng)基于5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，對當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用存在的短板問題進行有效處理，以切實實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化安全管理過程。

另一方面，行業(yè)內(nèi)部研究人員應(yīng)對5G移動通信服務(wù)內(nèi)容進行合理部署。一般來說，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可根據(jù)不同用戶需求制定針對性服務(wù)方案，以保障通信效率與質(zhì)量得以深化加強。在實現(xiàn)過程中，研究人員可利用多天線以及多用戶等組網(wǎng)方式，對傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)，模式以及網(wǎng)絡(luò)部署存在的不足問題進行有效處理。對于室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋而言，也可通過與光纖網(wǎng)絡(luò)等形式進行融合應(yīng)用進一步增強網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性與使用安全性。

5.2 頻率共享及低頻重耕

隨著5G的規(guī)模建設(shè)及深入發(fā)展，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨的問題越來越多，如4/5G用戶的網(wǎng)絡(luò)保障及體驗問題等。為保障不同用戶的良好網(wǎng)絡(luò)體驗，可適當(dāng)引入頻譜共享技術(shù)，通過5G基站反饋4G/3G，提高頻率使用，從而保障良好的用戶體驗。在應(yīng)用過程中，需合理規(guī)劃站點距離及部署場景，避免同頻干擾。

700～900MHz等低頻頻段具有穿透能力強、覆蓋范圍廣的特點，被稱為黃金頻段。隨著5G的加快發(fā)展以及終端用戶向5G網(wǎng)絡(luò)的逐漸遷移，低頻重耕成為越來越迫切的問題。行業(yè)研究人員應(yīng)加快對低頻重耕技術(shù)的研究，對低頻重耕的場景、干擾隔離帶的設(shè)置、重耕的過度方案以及相鄰業(yè)務(wù)的兼容問題等進行重點考慮。十四五期間是我國5G規(guī)?；瘧?yīng)用的重要階段，運營商及社會各界應(yīng)該積極夯實產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并加強各相關(guān)垂直行業(yè)之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，確保5G移動通信網(wǎng)絡(luò)及行業(yè)應(yīng)用實現(xiàn)持續(xù)性、系統(tǒng)化的推進。

6 結(jié)語

隨著5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，5G在傳統(tǒng)領(lǐng)域及社會垂直行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增強。為加快推動5G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及行業(yè)應(yīng)用，行業(yè)研究人員應(yīng)立足5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，加強對5G部署場景、關(guān)鍵技術(shù)、行業(yè)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)問題及發(fā)展趨勢等的研究， 在5G部署場景、行業(yè)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全、頻率共享及低頻重耕等問題上給出切實可靠的解決方案。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋及垂直行業(yè)的逐步應(yīng)用，5G將重塑行業(yè)應(yīng)用場景，全面推動社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型。