議5G技術

孟楊輝 任征

摘要：未來的5G網絡不僅有海量設備的增長，需要承載人與人之間的通信，還要承載人與物之間以及物與物之間的通信，即可支撐大量終端，也使個性化、定制化應用成為常態(tài)。

關鍵詞：超密集異構網絡；SON；CDN；D2D通信；M2M通信；ICN；移動云計算；SDN/NFV；軟件定義無線網絡

5G，即第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術。

2013年韓國三星電子宣布成功開發(fā)第五代移動通信技術的核心技術；2015年酷派首提5G新概念終端基站化；2016年工信部召開“5G技術研發(fā)試驗”啟動會；2017年，國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方Logo。中國三大運營商于2018年邁出5G商用的第一步。

5G網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向發(fā)展，相應的出現(xiàn)了影響5G發(fā)展的以下相關技術：

一、超密集異構網絡

隨著各種智能終端的普及，移動數據流量將出現(xiàn)爆炸式增長，在未來的5G網絡中，減小區(qū)域半徑，增加低功率節(jié)點數量，是保證5G網絡支持1000倍流量增長的核心技術之一。因此，超密集異構網絡成為了未來5G網絡提高數據流量的關鍵技術。

密集部署的網絡拉近了終端與節(jié)點間的距離，使得網絡的功率和頻譜效率大幅度提高，同時也擴大了網絡覆蓋范圍，擴展了系統(tǒng)容量，并且增強了業(yè)務在不同接入技術和各覆蓋層次間的靈活性。但同時會出現(xiàn)很多問題：首先節(jié)點間距離的減少，越發(fā)密集的網絡部署將使得網絡拓撲更加復雜，從而容易出現(xiàn)與現(xiàn)有通信系統(tǒng)不兼容的問題；其次是干擾問題，網絡中的干擾主要有同頻干擾、共享頻譜資源干擾、不同覆蓋層次間的干擾等，現(xiàn)有的通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調算法只能解決單個干擾源問題，而5G網絡中，相鄰節(jié)點的傳輸損耗一般差別不大，這將導致多個干擾源強度相近，進一步惡化網絡性能，使得現(xiàn)有協(xié)調算法難以應付。

二、自組織網絡SON（self-organizing-network）

在5G網絡中，由于網絡存在各種無線接入技術，網絡節(jié)點覆蓋能力各不相同，他們之間的關系錯綜復雜，所以自組織網絡的智能化成為其必不可少的一項關鍵技術。需要解決的關鍵問題，其一網絡部署階段的自規(guī)劃和自配；其二網絡維護階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置可實現(xiàn)即插即用，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點；自優(yōu)化是為了減少業(yè)務量，提升網絡質量及性能；自愈合可實現(xiàn)系統(tǒng)自動檢測、定位問題，排除故障；自規(guī)劃可以動態(tài)進行網絡規(guī)劃并執(zhí)行，滿足系統(tǒng)的容量擴展、業(yè)務檢測或優(yōu)化結果。

目前主要有三種自組織網絡架構方式：集中式、分布式及混合式。集中式架構的優(yōu)點是控制范圍廣，沖突??；不足是運行速度慢，算法復雜度高。分布式架構主要是通過SON分布在eNB上來實現(xiàn)，優(yōu)點是效率和響應速度高，網絡擴展性好，對系統(tǒng)以來小；缺點是協(xié)調困難?；旌鲜絼t集中了兩種架構的優(yōu)點，缺點是設計復雜?，F(xiàn)有的SON技術都是從各自的網絡出發(fā)的自部署、自配置、自優(yōu)化、自愈合等操作相對獨立和封閉，在多網絡之間缺乏協(xié)作，所以急需發(fā)展支持異構網絡協(xié)作的SON。

三、內容分發(fā)網絡CDN（content distribution netweok）

內容分發(fā)網絡是在傳統(tǒng)網絡中添加新的層次即智能虛擬網絡，綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負載情況、用戶距離等信息，通過將相關內容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務器上，實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，緩解網絡擁塞狀況，降低響應時間，提高響應速度。隨著云計算、移動互聯(lián)網及動態(tài)網絡內容技術的推進，內容分發(fā)技術趨向于專業(yè)化、定制化，在管理、推送、安全性方面都面臨新的挑戰(zhàn)。

未來面向大規(guī)模用戶的音頻、視頻、圖像等業(yè)務的急劇增長，如何有效的分發(fā)大流量業(yè)務內容，降低用戶獲取信息的時延，同時解決網絡擁塞問題，正是CDN技術成為5G關鍵技術之一。

四、D2D通信（device-to-device commmunication）

D2D通信是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數據直接傳輸技術，其會話數據直接在終端之間傳輸，不需要基站轉發(fā)，相關控制信令仍由蜂窩網絡負責。蜂窩網絡加入D2D通信可減輕基站負擔，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。如果無線通信基礎設施損壞或在其覆蓋盲區(qū)，終端可借助D2D實現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網絡。

更豐富的通信模式和更好的終端體驗是5G發(fā)展的一個方向，設備到設備（D2D）通信具有提升系統(tǒng)性能、增強用戶體驗、減輕基站壓力、提高頻譜利用率的優(yōu)勢。

五、M2M（machine to machine）通信

M2M從廣義來說是指機器對機器、人與機器及移動網絡和機器之間的通信，狹義上說是指機器和機器之間的通信。智能化、交互式是M2M有別于其他應用的典型特征，被賦予了更多的“智慧”。

據預估在未來物與物之間的通信將是人與人之間通信的幾十倍，M2M市場蘊藏著巨大的商機。

六、信息中心網絡ICN（information-centric network）

ICN中的信息有實時媒體流、網頁服務、多媒體通信等，而信息中心網絡就是這些片段的總集合；ICN的主要概念是信息的分發(fā)、查找和傳遞，不再是維護目標主機的可連通性；ICN采用的是以信息為中心的網絡通信模型，忽略了IP地址的作用。ICN網絡整個傳輸過程由用戶的實時信息請求觸發(fā)，網絡則通過信息緩存的方式，實現(xiàn)快速響應用戶；信息安全只與信息自身相關，而與存儲器無關，這種安全機制更加合理可信，且能實現(xiàn)更細的安全策略粒度。

七、移動云計算

隨著智能手機、平板電腦等移動設備的硬件水平極大的提高，需要支持大量的應用和服務為用戶帶來更大的方便，而5G時代將出現(xiàn)百億級連接的萬物互聯(lián)服務，這對只能終端的計算能力和服務質量的要求也越來越高，移動云計算成為5G網絡新服務的關鍵技術之一，移動網絡中的移動智能終端以按需、易擴展的方式連接到遠端的服務提供商，從而獲得所需的基礎設施、平臺、計算存儲能力和應用資源。

八、SDN/NFV

SDN（software-defined networking軟件定義網絡）/NFV（network function virtualization網絡功能虛擬化）是一中新型的網絡架構和構建技術，倡導控制與數據分離、軟件化、虛擬化思想。SDN架構的核心特點是開放性、靈活性和可編程性；SDN將網絡設備的控制平面從設備中分里出來，放到具有網絡控制功能的控制器上進行集中控制，這樣可以消除大量手動配置的過程，簡化管理員對全網的管理，提高業(yè)務部署的效率，讓整個基礎設施簡化，減低運營成本。

九、軟件定義無線網絡

現(xiàn)在無線網絡中存在大量的異構網絡且采用了垂直架構，出現(xiàn)了難以互通、資源優(yōu)化困難、無線資源浪費等問題，而且網絡中單一網絡特性對多種服務的，無法針對不同服務的特點提供網絡保障，所以在無線網絡中引入SDN將打破現(xiàn)有無線網絡的封閉僵化現(xiàn)象。在軟件定義無線網絡中，控制平面可以獲取、更新、預測全網信息，能夠更好的優(yōu)化和調整資源分配、轉發(fā)策略、流表管理等。

十、結語

就調制、編碼、多址、組網、多天線等關鍵技術上，現(xiàn)在所謂的5G技術升級增益有限，或者尚不成熟難以實用。5G網速的提高方法也只是擴大占用頻段、加大投資基站的密度、提升芯片數據處理速度等。如果覆蓋目前4G覆蓋的區(qū)域，基站數量至少是4G的5倍，這個建設成本會非常高。用戶對普遍覆蓋即任何地點任何時間接入的網絡是剛需，比較而言超高網速反而并非必需，所以目前，人流超高密度區(qū)的通信需求是5G最可行的應用方向。

人類科技的根本性進步都需要依賴理論突破，否則只能是量的積累，無法實現(xiàn)技術迭代，5G也是如此，基礎理論的突破是必需。

（作者單位：河南省永城市永煤公司）