5G移動通信

田嵐

摘 要：本文以第五代移動通信技術(shù)（5G）介紹為主要內(nèi)容。首先介紹了移動通信系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和5G需求與愿景，全球5G研究與標(biāo)準化情況及通信業(yè)界對5G的看法，接著全面闡述了.5G關(guān)鍵技術(shù)，重點從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、組網(wǎng)場景、頻譜選擇等方面進行了系統(tǒng)的介紹，最后對5G網(wǎng)絡(luò)的部署進行了探討。

關(guān)鍵詞：5G，通信，網(wǎng)絡(luò)

1、移動通信系統(tǒng)的發(fā)展和5G需求與愿景

在過去的30多年時間里，移動通信經(jīng)歷了從語音業(yè)務(wù)到移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛躍式發(fā)展，不僅深刻地改變了人們的生活方式，也極大地促進了社會和經(jīng)濟的飛速發(fā)展。第一代移動通信系統(tǒng)是模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)，蜂窩網(wǎng)，即小區(qū)制，實現(xiàn)了頻率復(fù)用，因而大大提高了系統(tǒng)容量。第二代移動通信系統(tǒng)以傳輸語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的。第三代移動通信是一種真正意義上的寬帶移動多媒體通信系統(tǒng)，能提供高質(zhì)量的寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)，并且實現(xiàn)了全球無縫覆蓋、全球漫游。第四代移動通信技術(shù)的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。移動通信已經(jīng)深刻地改變了人們的生活，但人們對更高性能移動通信的追求從未停止。為了應(yīng)對未來爆炸性的移動數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類斯業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，第五代移動通信（5G）系統(tǒng)將應(yīng)運而生。

5G將滲透到未來社會的各個領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G將使信息突破時空限制，提供極佳的交互體驗，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴；5G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動性等多場景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化同時將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最終實現(xiàn)“信息隨心至萬物觸手及”的總體愿景。

2、 5G項目研究與標(biāo)準化進展

目前多個國家組織都在積極地進行5G方面的研究工作，主要有歐洲的 METIS、iJOIN、5GNOW等研究項目，還有日本的ARIB，韓國的5G論壇，其他一些組織如WWRF、 Green Touch等也都在積極地進行5G技術(shù)方面的研究。IMT專門成立了IMT-2020從事5G方面的標(biāo)準化工作。

（1）WWRF組織

WwRF（ Wireless World Research Forum）是歐盟的5G研究組織，由西門子、諾基亞、愛立信、阿爾卡特、摩托羅拉、法國電信、IBM、 Intel、 Vodafone等世界著名電信設(shè)備制造商、電信運營商于2001年發(fā)起成立。WwRF是致力于移動通信技術(shù)研究和開發(fā)的國際性學(xué)術(shù)組織，其成員包括歐洲、美洲、亞洲的絕大多數(shù)電信設(shè)備制造商、電信運營商及知名大學(xué)從事移動通信技術(shù)研究的科學(xué)家。WwRF的目標(biāo)是在行業(yè)和學(xué)術(shù)界內(nèi)對未來無線領(lǐng)域研究方向進行規(guī)劃，提出、確立發(fā)展移動及無線系統(tǒng)技術(shù)的研究方向，為全球無線通信技術(shù)研究提供建設(shè)性的幫助。

（2） METIS、 UJOIN、5GNOW項目

METIS、 IJOIN、5GNOW等都是歐盟的5G研究項目，其中 METIS是歐盟最大的項目，iJON主要是由大學(xué)和一些學(xué)術(shù)機構(gòu)組成的，其影響力和對行業(yè)的推進力遠不如METIS。

（3）中國IMT-2020

MT-2020（5G）推進組是由中國工業(yè)和信息化部、科技部與國家發(fā)展和改革委員會聯(lián)合成立，為聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界對5G需求、頻率、技術(shù)與標(biāo)準等進行研究的組織。作為5G推進工作的平臺，推進組旨在組織國內(nèi)各方力量、積極開展國際合作，共同推動5G國際標(biāo)準發(fā)展其成員主要是國內(nèi)的電信設(shè)備制造商、高校、電信運營商和研究所。IMT-2020（5G）推進組初步完成了中國國內(nèi)5G潛在關(guān)鍵技術(shù)的調(diào)研與梳理，將5G潛在關(guān)鍵技術(shù)劃分為無線傳輸技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并分為兩個子組，分別是無線技術(shù)組和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組。無線技術(shù)組側(cè)重?zé)o線傳輸技術(shù)與無線組網(wǎng)技術(shù)研究，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組側(cè)重于接入網(wǎng)與核心網(wǎng)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、接口協(xié)議、網(wǎng)元功能定義以及新型網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)的研究。

3、5G的愿景：技術(shù)與運營

（1）更多的業(yè)務(wù)能力，更好的營利能力

運營商需要未來5G網(wǎng)絡(luò)具有更多的業(yè)務(wù)能力，除了傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)外，還需更好地支持未來移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，同時基于公網(wǎng)拓展到更為廣泛的行業(yè)應(yīng)用。

在5G寬帶移動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，更加豐富的移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用必將快速發(fā)展，未來網(wǎng)絡(luò)需要支持更加靈活的運營模式，創(chuàng)建良性的運營生態(tài)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營和網(wǎng)絡(luò)運營共贏。

（2）足夠的帶寬和容量

未來5G網(wǎng)絡(luò)需要提供足夠的帶寬和容量，滿足終端對可獲得速率（每秒百兆比特）速率（Gbit/s）以及系統(tǒng)容量等的需求。同時，面向2020年無線移動網(wǎng)絡(luò)整體需要具備1000倍的移動流量提供能力，單位面積吞吐量需要達到目前4G的1000倍甚至更高（100Gbts/km2以上.）。另外，5G需要支持更多的連接器件數(shù)目，為現(xiàn)有移動通信手機的100倍量級及以上。

（3）低成本、易于部署

由于用戶使用更多的移動流量時卻不希望資費有明顯增長，因此需要電信運營商降低每比特的成本，對應(yīng)1000倍流量增長意味著每比特成本降低到現(xiàn)在的1/1000。

綠色節(jié)能也是未來移動網(wǎng)絡(luò)最重要的需求之一，1000倍流量提升但網(wǎng)絡(luò)總體能耗不提高，2020年移動網(wǎng)絡(luò)端到端每比特能耗需要降低到現(xiàn)在的1/1000。

未來網(wǎng)絡(luò)將是異構(gòu)融合的多制式極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，多層覆蓋，多制式覆蓋，多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)融合。電信運營商希望網(wǎng)絡(luò)能夠支持更智能的單一的自組織網(wǎng)絡(luò)，做到多技術(shù)體系和多層次覆蓋網(wǎng)絡(luò)的自配置、自管理、自優(yōu)化，減少人工維護。

（4）兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，保護已有投資

未來5G網(wǎng)絡(luò)也需要兼容現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)和制式，做到互聯(lián)互通以及更好的互操作，保護電信運營商的已有投資。

4、 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與組網(wǎng)技術(shù)

（1）5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需求

為了應(yīng)對未來客戶業(yè)務(wù)需求和場景對網(wǎng)絡(luò)提出的挑戰(zhàn)，滿足網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)、靈活、智能、友好的發(fā)展趨勢，5G網(wǎng)絡(luò)將通過基礎(chǔ)設(shè)施平臺和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩個方面的技術(shù)創(chuàng)新及協(xié)同發(fā)展，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變革。

目前的電信基礎(chǔ)設(shè)施平臺是基于局域?qū)Ｓ糜布崿F(xiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)將通過引入互聯(lián)網(wǎng)和虛擬化技術(shù)，設(shè)計基于通用硬件實現(xiàn)的新型基礎(chǔ)設(shè)施平臺，從而解決現(xiàn)有基礎(chǔ)實施平臺成本高、資源配置能力不強、業(yè)務(wù)上線周期長等一系列問題。

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，5G將基于控制轉(zhuǎn)發(fā)分離和控制功能重構(gòu)等技術(shù)設(shè)計新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高接入網(wǎng)在面向復(fù)雜場景下的整體接入性能。簡化核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提供靈活高效的控制轉(zhuǎn)發(fā)功能，支持高智能運營，開放網(wǎng)絡(luò)能力，提升全網(wǎng)整體服務(wù)水平。

（2）新型基礎(chǔ)設(shè)施平臺

實現(xiàn)5G新型設(shè)施平臺的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)。

NFV使網(wǎng)元功能與物理實體解耦，通過采用通用硬件取代專用硬件，可以方便快捷地把網(wǎng)元功能部署在網(wǎng)絡(luò)中任意位置，同時通過對通用硬件資源實現(xiàn)按需分配和動態(tài)延伸，以達到最優(yōu)的資源利用率的目的。

SDN技術(shù)實現(xiàn)控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能的分離?？刂乒δ艿某殡x和聚合，有利于通過網(wǎng)絡(luò)控制平面從全局視角來感知和調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的可編程。

NFV和SDN技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)的引入與發(fā)展，將推動5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的革新，借鑒控制轉(zhuǎn)發(fā)分離技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)功能進行分組，使得網(wǎng)絡(luò)邏輯功能更加聚合，邏輯功能平面更加清晰。網(wǎng)絡(luò)功能可以按需編排，運營商能根據(jù)不同場景和業(yè)務(wù)特征要求，靈活組合功能模塊，按需定制網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務(wù)邏輯，增強網(wǎng)絡(luò)彈性和自適應(yīng)性。

5、總結(jié)：

相信隨著5G技術(shù)的發(fā)展成熟和5G網(wǎng)絡(luò)在將來逐漸規(guī)模商用和普遍部署，人們實現(xiàn)“無處不在，萬物互聯(lián)”的未來移動通信愿景將變成可能，無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、移動高清視頻通信等以超高速率、高可靠性的通信為基礎(chǔ)的新技術(shù)將逐漸普及，將給人們的生活帶來極大的便利，同時也會極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

參考文獻：

[1] 袁志峰，郁光輝，李衛(wèi)敏.面向5G的MUSA多用戶共享接入.電信網(wǎng)技術(shù)，2015（05）： 28-31.