論5G的普及與發(fā)展前景

崔會(huì)晨　王柏伊

摘要：2019年6月6日，工信部正式向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電發(fā)放5G的商用牌照，中國(guó)正式進(jìn)入5G的商用元年。中國(guó)移動(dòng)表示，5G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速預(yù)計(jì)比4G要快40倍，擁有更低的延時(shí)，并且5G還可以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

關(guān)鍵詞：5G;移動(dòng)通信技術(shù);普及;發(fā)展前景

一、5G的概述

5G的全稱(chēng)為第五代移動(dòng)通信技術(shù)。5G將不同于傳統(tǒng)的幾代移動(dòng)通信，5G并不是獨(dú)立的，全新的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，而是對(duì)現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的技術(shù)演進(jìn)，以及一些新增的補(bǔ)充性無(wú)線(xiàn)接入集成后解決的總稱(chēng)。并且5G擁有更高速率，更大帶寬，更強(qiáng)能力的空口技術(shù)，更是面向業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶(hù)體驗(yàn)的智能網(wǎng)絡(luò);它將是一個(gè)多業(yè)務(wù)多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)技術(shù)的演進(jìn)與創(chuàng)新，滿(mǎn)足未來(lái)包含廣泛數(shù)據(jù)和連接的各種業(yè)務(wù)的快速發(fā)展需要，提升用戶(hù)體驗(yàn)。5G之前的移動(dòng)通信是一種以人為中心的通信，而5G將圍繞人和周?chē)氖挛?，是一種萬(wàn)物互聯(lián)的通信。5G需要考慮Internet of Things業(yè)務(wù)（如汽車(chē)通信和工業(yè)控制等M2M業(yè)務(wù)），IoT帶來(lái)海量的數(shù)據(jù)連接，5G對(duì)海量傳感設(shè)備及機(jī)器通信（M2M，MTC（Machine Type Communication））的支撐能力將成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。以IoT為代表的一些新型業(yè)務(wù)也成為5G的亮點(diǎn)，特別是自動(dòng)駕駛和工業(yè)控制。

二、5G移動(dòng)通信六大關(guān)鍵技術(shù)

1.高頻段傳輸

移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。并且高頻段在移動(dòng)通信中的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)界對(duì)此高度關(guān)注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線(xiàn)和設(shè)備、較高的天線(xiàn)增益是高頻段毫米波移動(dòng)通信的主要優(yōu)點(diǎn)，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)。射頻器件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題也有待進(jìn)一步研究和解決。監(jiān)測(cè)中心目前正在積極開(kāi)展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。

2.新型多天線(xiàn)傳輸、

多天線(xiàn)技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源，從二維（2D）到三維（3D），從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。由于引入了有源天線(xiàn)陣列，基站側(cè)可支持的協(xié)作天線(xiàn)數(shù)量將達(dá)到128根。此外，原來(lái)的2D天線(xiàn)陣列拓展成為3D天線(xiàn)陣列，形成新穎的3D-MIMO技術(shù)，支持多用戶(hù)波束智能賦型，減少用戶(hù)間干擾，結(jié)合高頻段毫米波技術(shù)，將進(jìn)一步改善無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋性能。

3.同時(shí)同頻全雙工

該技術(shù)，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。全雙工技術(shù)能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術(shù)需要具備極高的干擾消除能力，這對(duì)干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問(wèn)題。在多天線(xiàn)及組網(wǎng)場(chǎng)景下，全雙工技術(shù)的應(yīng)用難度更大。

4.D2D

傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式是以基站為中心實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無(wú)法移動(dòng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無(wú)線(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務(wù)提供方式已無(wú)法滿(mǎn)足海量用戶(hù)在不同環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求。

D2D技術(shù)無(wú)需借助基站的幫助就能夠?qū)崿F(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時(shí)延和較低的功耗;通過(guò)廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用;支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。

5.密集網(wǎng)絡(luò)

在5G通信中，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。未來(lái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實(shí)現(xiàn)未來(lái)5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來(lái)，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)100個(gè)以上。與此同時(shí)，愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長(zhǎng)的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點(diǎn)。

6.新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LTE接入網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)，減小了系統(tǒng)時(shí)延，降低了建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。未來(lái)5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無(wú)線(xiàn)電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的綠色無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)構(gòu)架。C-RAN的基本思想是通過(guò)充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線(xiàn)和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無(wú)線(xiàn)信號(hào)，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)。C-RAN架構(gòu)適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù)，減少運(yùn)營(yíng)支出。目前的研究?jī)?nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等。

三、5G的普及

在本次實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)大眾對(duì)5G的認(rèn)知程度較弱，一般只知道5G可以提高網(wǎng)速，使得玩游戲看劇不會(huì)出現(xiàn)卡頓或延遲等知識(shí)，并且我們發(fā)現(xiàn)普遍男生會(huì)比女生了解更多，18-30歲的人會(huì)更加關(guān)注了解5G知識(shí)和發(fā)展動(dòng)態(tài)。但通過(guò)我們幾天的走訪(fǎng)和調(diào)查發(fā)現(xiàn)雖然大眾對(duì)5G了解不深但期待度很高，并且對(duì)中國(guó)5G技術(shù)的發(fā)展充滿(mǎn)信心，甚至有些人表示即便是自己不了解，但是也會(huì)想去通過(guò)一些渠道去學(xué)習(xí)了解，跟進(jìn)時(shí)代的步伐。

四、5G的發(fā)展前景

5G是面向2020年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展規(guī)律，5G將具有超高的頻譜利用率和能效，在傳輸速率和資源利用率等方面較4G移動(dòng)通信提高一個(gè)量級(jí)或更高，其無(wú)線(xiàn)覆蓋性能、傳輸時(shí)延、系統(tǒng)安全和用戶(hù)體驗(yàn)也將得到顯著的提高。截至2019年5月，全球共28家企業(yè)聲明了5G標(biāo)準(zhǔn)必要專(zhuān)利，中國(guó)企業(yè)聲明數(shù)量占比超過(guò)30%，位居首位。并且2019年6月6日，工信部正式向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電發(fā)放5G的商用牌照，批準(zhǔn)四家企業(yè)經(jīng)營(yíng)“第五代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)”。標(biāo)志著我國(guó)5G發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道，規(guī)模商用正式拉開(kāi)帷幕。2019年，中國(guó)移動(dòng)將在全國(guó)建設(shè)超過(guò)5萬(wàn)個(gè)5G基站，在超過(guò)50個(gè)城市實(shí)現(xiàn)5G商用服務(wù);2020年，將進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，在全國(guó)所有地級(jí)以上城市提供5G商用服務(wù)。同時(shí)，全面提升5G端到端網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)和服務(wù)能力，持續(xù)推動(dòng)5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。2019年7月26日，華為首款商用5G手機(jī)Mate20X（5G）在深圳正式發(fā)布并同步開(kāi)啟預(yù)約。這是擁有“國(guó)內(nèi)首張5G終端電信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)許可證”的5G手機(jī)，標(biāo)志著5G手機(jī)時(shí)代正式開(kāi)啟，產(chǎn)業(yè)鏈也隨之迎來(lái)新的發(fā)展階段。所以5G的發(fā)展也在不斷地面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中投顧問(wèn).2019-2013年中國(guó)第五代移動(dòng)通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告（上下卷）

作者簡(jiǎn)介：

崔會(huì)晨，女，漢族，海南三亞，大學(xué)本科，主要從事5G知識(shí)普及及其發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查研究

王柏伊，女，漢族，湖北潛江，大學(xué)本科，主要從事5G知識(shí)普及及其發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查研究

（作者單位：武漢東湖學(xué)院 電子信息工程學(xué)院）