5G技術(shù)及其主要特點

劉仲朋

?

5G技術(shù)及其主要特點

劉仲朋

成都軍通通信股份有限公司，四川 成都 610041

為提升用戶體驗及實現(xiàn)面向物聯(lián)網(wǎng)的大連接、低延時、高帶寬的應(yīng)用，5G技術(shù)從標(biāo)準(zhǔn)到產(chǎn)品都在推進。5G技術(shù)將帶來更大的系統(tǒng)容量、更高的數(shù)據(jù)率、更低的延遲率、更高的穩(wěn)定性及更低的功耗。5G具備連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠性等特性。5G將改變社會。

毫米波；小基站；Massive MIMO

5G技術(shù)涵蓋從低速到高速（0.1～1?Gbps）用戶體驗速率、高密度連接數(shù)（100萬/km2）、移動性（500?km/h）、毫秒級數(shù)據(jù)時延及最高峰值速率達10?Gbps。

1 5G主要技術(shù)

1.1 毫米波

隨著無線設(shè)備的增加，頻譜資源稀缺突出，致使在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬，影響了用戶的感知。5G系統(tǒng)使用毫米波（24.75～300?GHz）提升速率，以28?GHz頻段為例，可用頻譜帶寬達到1?GHz，60?GHz頻段每個信道的可用信號帶寬為2?GHz。由于毫米波的自由空間路損更大、氣衰、雨衰等特性都不如低頻段，所以毫米波缺點穿透力差、衰減大，毫米波的覆蓋將受到嚴重的影響。

1.2 小基站

毫米波穿透力差衰減大，毫米波頻率高、波長短，其天線尺寸可以做得很小，這是小基站的基礎(chǔ)。未來5G通信將不再依賴大型基站，小型基站成為趨勢?？梢栽?50?m左右部署一個小基站，在每個城市部署數(shù)千個小基站形成密集網(wǎng)絡(luò)。每個基站可以從其它基站接收信號并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。

1.3 Massive MIMO

Massive MIMO就是在基站收發(fā)信機上使用上百根陣列天線（如64/128/256等）實現(xiàn)更大的無線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性。通過不同的維度（空域、時域、頻域、極化域等）提升頻譜和能量的利用效率；3D賦形和信道預(yù)估技術(shù)可以自適應(yīng)地調(diào)整各天線陣子的相位和功率，提高系統(tǒng)的波束指向準(zhǔn)確性，將信號強度集中于特定指向區(qū)域和特定用戶群，改善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，降低無線網(wǎng)絡(luò)能耗，網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍或更大。在增強用戶信號的同時降低小區(qū)內(nèi)自干擾、鄰區(qū)干擾，是提升用戶信號載干比的絕佳技術(shù)[1]。

1.4 波束成形

Massive MIMO技術(shù)每個天線陣列集成上百條天線，有效控制這些天線，每個電磁波的空間互相抵消或者增強，形成一個很窄的波束，不是全向發(fā)射，有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸，傳輸距離更遠，同時避免了信號的干擾。這種將無線信號（電磁波）按特定方向傳播的技術(shù)叫做波束成形（beam forming）。同時提升頻譜利用率和從多個天線發(fā)送更多信息；通

過信號處理算法來計算信號的傳輸?shù)淖罴崖窂?，形成最終移動終端的位置。

1.5 全雙工

全雙工技術(shù)是指設(shè)備的發(fā)射機和接收機占用相同的頻率資源同時進行工作，使得通信兩端在上、下行可以在相同時間使用相同的頻率，這就是5G所需的高吞吐量和低延遲的關(guān)鍵技術(shù)。全雙工技術(shù)是指在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號，全雙工技術(shù)突破了頻譜資源使用限制，使系統(tǒng)可用頻譜資源提高1倍。

2 5G主要特點

從用戶體驗看，5G具有更高的速率、更寬的帶寬；從行業(yè)應(yīng)用看，5G具有更高的可靠性、更低的時延，能夠滿足智能制造、自動駕駛等行業(yè)應(yīng)用的特定需求，拓寬融合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，支撐經(jīng)濟社會創(chuàng)新發(fā)展；從發(fā)展態(tài)勢看，5G目前還處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究階段。5G主要以下特點：

2.1 UDN

在5G網(wǎng)絡(luò)中，減小小區(qū)半徑，增加低功率節(jié)點數(shù)量，保證5G網(wǎng)絡(luò)1?000倍流量增長。超密集網(wǎng)絡(luò)成為5G網(wǎng)絡(luò)提高數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵。密集部署的網(wǎng)絡(luò)拉近終端與節(jié)點間的距離，網(wǎng)絡(luò)的功率和頻譜效率大幅提高，擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和系統(tǒng)容量，增強業(yè)務(wù)在不同接入技術(shù)和各覆蓋層次間的靈活性[2]。

2.2 SON

自配置實現(xiàn)即插即用，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點。自優(yōu)化減少業(yè)務(wù)工作量，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和性能。自愈合能自動檢測問題、定位問題和排除故障，減少維護成本，避免網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗的影響。自規(guī)劃動態(tài)進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，滿足系統(tǒng)的容量擴展、業(yè)務(wù)監(jiān)測或優(yōu)化結(jié)果等需求。SON技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)效率和維護方面，減少運營商的資本性支出和運營成本投入。SON技術(shù)都是從各自網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，自部署、自配置、自優(yōu)化和自愈合等操作具有獨立性和封閉性，在多網(wǎng)絡(luò)之間缺乏協(xié)作。

2.3 CDN

CDN對5G網(wǎng)絡(luò)的容量與用戶具有重要的支撐作用。CDN系統(tǒng)考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負載情況以及用戶距離等信息，內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務(wù)器上，實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，縮短響應(yīng)時間，提高響應(yīng)速度。CDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在用戶側(cè)與源Server之間構(gòu)建多個CDN代理Server，降低延遲、提高QoS（Quality of Service）。

2.4 D2D

D2D具有提升系統(tǒng)性能、增強用戶體驗、減輕基站壓力、提高頻譜利用率的前景。D2D通信是近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)。D2D會話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進行傳輸，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入D2D通信，減輕基站負擔(dān)，降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率。

2.5 M2M

M2M為物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)階段的應(yīng)用形式，在智能電網(wǎng)、安全監(jiān)測、城市信息化、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。M2M主要是指機器對機器、人與機器間以及移動網(wǎng)絡(luò)和機器之間的通信，涵蓋所有人、機器、系統(tǒng)之間通信的技術(shù)。智能化、交互式是M2M有別于其它應(yīng)用的典型特征，機器被賦予更多的“智慧”。

2.6 ICN

ICN實時媒體流、網(wǎng)頁服務(wù)、多媒體通信等。ICN是信息的分發(fā)、查找和傳遞，不再是維護目標(biāo)主機的可連通性。ICN以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)通信模型，全新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層解析信息名稱、路由緩存信息數(shù)據(jù)、多播傳遞信息等功能，解決網(wǎng)絡(luò)中存在的擴展性、實時性以及動態(tài)性等問題。ICN具有高效性、高安全性支持客戶端移動等優(yōu)勢。

2.7 SDN/NFV

基于SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和NFV（網(wǎng)絡(luò)協(xié)能虛擬化）實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)軟件化。SDN/NFV一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與構(gòu)建技術(shù)，控制與數(shù)據(jù)分離、軟件化、虛擬化思想以及網(wǎng)絡(luò)的虛擬化。SDN架構(gòu)特點開放性、靈活性和可編程性。SDN使整個基礎(chǔ)設(shè)施簡化，降低了運營成本，提升了效率。SDN/NFV在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈等方面存在很多挑戰(zhàn)，不斷完善和推進，承受來市場的檢驗。

5G網(wǎng)絡(luò)不僅承載人與人之間的通信，而且承載人與物之間及物與物之間的通信，支撐大量終端個性化、定制化的應(yīng)用成為常態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)能夠主動、智能、及時向用戶傳送所需的信息。

[1]余兆明，余智，張麗媛.手機電視技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)，2011.

[2]董利，陳金鷹.第五代移動通信初探[C]//四川省通信學(xué)會2012年學(xué)術(shù)年會論文集，2012.

5G Technology and Its main features

Liu Zhongpeng

Chengdu Juntong Communications Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610041

In order to enhance the user experience and application oriented networking connection, low latency and high bandwidth, 5G technology from standard to products are advancing. 5G technology will bring greater system capacity, higher data rate, lower latency, higher stability and lower rate of power consumption. 5G has the characteristics of continuous wide area coverage, hot spot and high capacity, low power consumption and large connection, low delay and high reliability. 5G will change society.

millimeter wave; small base station; Massive MIMO

TN929.5

A

1009-6434（2017）9-0015-02