5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)及其無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)

劉彥庚 中海油信息科技有限公司北京分公司

如果說傳統(tǒng)的4G 網(wǎng)絡(luò)是連接人的網(wǎng)絡(luò)，那么當(dāng)前不斷發(fā)展的5G 網(wǎng)絡(luò)，就是能夠連接人和世間萬物的網(wǎng)絡(luò)。此外，在5G時(shí)代來臨之時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)類型也會(huì)從傳統(tǒng)的以語(yǔ)音為主的業(yè)務(wù)，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)業(yè)務(wù)量還會(huì)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)。而為了使得5G 時(shí)代的用戶體驗(yàn)速率能夠獲得與時(shí)俱進(jìn)的提升，同時(shí)為用戶提供更加可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，相關(guān)技術(shù)人員就必須靈活使用空中接口等技術(shù)，來提高5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用水平。最后，還必須使用新的組網(wǎng)架構(gòu)方式以及新的業(yè)務(wù)模式，來滿足5G時(shí)代用戶的網(wǎng)絡(luò)使用需求。而本文也將以此為基礎(chǔ)展開深入分析，以探究5G 時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)方法。

一、5G 技術(shù)簡(jiǎn)介與興起的緣由

5G 網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)格式的驅(qū)動(dòng)下，網(wǎng)絡(luò)供給者所涵蓋的區(qū)域據(jù)此被劃分成多個(gè)相互連接的小地區(qū)及各個(gè)因素，如聲音、視頻等都會(huì)被數(shù)字化的進(jìn)行傳輸、呈現(xiàn)，這一過程是依靠模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的。5G 蜂窩結(jié)構(gòu)中的無限傳送設(shè)備能夠運(yùn)用無線電波將所使用設(shè)備的發(fā)射器和接收器進(jìn)行連接，從而達(dá)到通信目的。其中接受發(fā)送作用的信息會(huì)選取頻道，這些頻道由公眾頻率池分脫出來，并且能夠反復(fù)使用。自身設(shè)備通過一些光纖寬帶等方式讓通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)成為連接形式，當(dāng)?shù)攸c(diǎn)改變時(shí)，移動(dòng)設(shè)備便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切換，尋找合適的區(qū)域天線進(jìn)行連接。首先，互聯(lián)網(wǎng)的全面覆蓋，再加上各國(guó)之間的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，4G 技術(shù)逐漸失去往日的風(fēng)采，5G 才是證明國(guó)家軟實(shí)力的象征。5G 受到各國(guó)關(guān)注，誰(shuí)先獲得，便能居于“一覽眾山小”的模范地位。俗話說“落后就要挨打”，所以，為了先發(fā)制人，各國(guó)便卯足了干勁，紛紛融入5G 的發(fā)展研究中。其次，5G 技術(shù)的發(fā)展也與現(xiàn)狀有很大的關(guān)聯(lián)。通信信息技術(shù)處于服務(wù)業(yè)，“以人為本”貫徹于通信行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)。人們生活水平的提高，使得購(gòu)買通信設(shè)備的數(shù)量大幅度遞增，現(xiàn)已達(dá)到90 多億的巨大份額，再加之互聯(lián)網(wǎng)以及一些移動(dòng)連接設(shè)備的更新替換速度迅猛，預(yù)計(jì)到2020 年通信容量有望達(dá)到現(xiàn)今的1000 倍之多，面對(duì)這難以準(zhǔn)確預(yù)計(jì)的數(shù)量，要做好打持久戰(zhàn)的應(yīng)對(duì)心理。若盲目按照當(dāng)前的技術(shù)處理措施，將難以應(yīng)對(duì)今后的發(fā)展，為了更好地容納千倍萬倍的挑戰(zhàn)，通信技術(shù)必須革新。

二、5G 應(yīng)用場(chǎng)景與需要

采取5G 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)使用場(chǎng)景非常廣闊，按照使用場(chǎng)景的應(yīng)用模式來區(qū)分歸納各種應(yīng)用，可以有三種類別：mMTC（大的海量設(shè)備類型），eMMB（增強(qiáng)型移動(dòng)通信類型），URLLC（超高可靠性的低延時(shí)類型）：（1）eMBB 的使用場(chǎng)所：其包括有云辦公與游戲、高清及超高清影視（含語(yǔ)音）、每秒Gbit 的移動(dòng)數(shù)據(jù)、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等。這些使用場(chǎng)所的關(guān)鍵難點(diǎn)是高速和高密度接入的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。（2）mMTC的使用場(chǎng)所：其包括有物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域數(shù)據(jù)流量需求，針對(duì)傳感器方面的數(shù)據(jù)采集需求，其中有：智能家居、智慧交通與城鎮(zhèn)、設(shè)備間通信和可穿戴的移動(dòng)裝備等。它的核心挑戰(zhàn)是其接入設(shè)備量巨大，同時(shí)要求低功耗，各終端機(jī)器的電池使用時(shí)間長(zhǎng)久等。（3）URLLC 的使用場(chǎng)所：其包括有工業(yè)自動(dòng)化與智能汽車等高可靠應(yīng)用，便攜式醫(yī)療與智能交通運(yùn)輸?shù)?。它的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是可靠性和高實(shí)時(shí)性等性能要求。針對(duì)上面這三種應(yīng)用來看，5G 的幾個(gè)核心性能參數(shù)要求有高通信頻譜、能源效率和投入成本的產(chǎn)出績(jī)效等。把它和4G 比較，其通信容量增加達(dá)到千倍，而通信時(shí)延只有4G 的百分之二十左右。能夠充分實(shí)現(xiàn)將來多樣化的設(shè)備和社會(huì)應(yīng)用需要。

三、5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)分析

（一）5G 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)分析

5G 網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)就是第五代無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是基于4G 網(wǎng)絡(luò)的一次技術(shù)變革。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，人們開始了解并體驗(yàn)智能化生活。要想滿足人們對(duì)于智能化生活的需求，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)就必須要實(shí)現(xiàn)萬物萬聯(lián)。而5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，則可以讓同一個(gè)用戶使用同一個(gè)基站，與多個(gè)通信設(shè)備進(jìn)行通信，且數(shù)據(jù)傳輸性能較之以前更加強(qiáng)大。另外，在5G 網(wǎng)絡(luò)下，用戶的設(shè)備端還可以直接與無線網(wǎng)絡(luò)端、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行連接，發(fā)揮無線資源以及無線網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)勢(shì)。所以，與以往的2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)相比，5G 網(wǎng)絡(luò)的通信運(yùn)營(yíng)成本更低，數(shù)據(jù)通信質(zhì)量更高。

（二）5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)分析

從功能角度分析，5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在用戶體驗(yàn)感、信息傳輸效率以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍方面更具優(yōu)勢(shì)。首先，5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以通過手機(jī)和電腦來滿足用戶的多元化移動(dòng)通訊需求，所以用用范圍更加廣泛，用戶與無線網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系也更加緊密。其次，5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在拓寬信息獲取渠道、加快信息獲取速度的同時(shí)，還對(duì)資源進(jìn)行了合理的分配，降低了運(yùn)營(yíng)服務(wù)成本。例如其信息傳輸效率已經(jīng)達(dá)到10Gbps，延遲速率已經(jīng)非常接近于零。從技術(shù)應(yīng)用角度分析，以業(yè)務(wù)需求以及應(yīng)用場(chǎng)景為標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際電信聯(lián)盟將5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景分成了三大類：第一增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、第二大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)或者海量機(jī)器類通信、第三超高可靠超低時(shí)延通信。其中，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶指的是對(duì)傳統(tǒng)的4G 網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，并以此為基礎(chǔ)將更優(yōu)的服務(wù)體驗(yàn)提供給廣大用戶；而大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)或者海量機(jī)器類通信，則是要將大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備直接與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而確保人與物之間可以進(jìn)行有效的交互；超高可靠超低時(shí)延通信，指的是5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行有效的控制，確保用戶的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景更加穩(wěn)定、可靠。但是，現(xiàn)階段的5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)，依然以用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)以及用戶的個(gè)性化需求得到滿足為主。在這一過程中，用戶所處的地區(qū)不同，所獲得的業(yè)務(wù)體驗(yàn)必然也不同。就像邊緣地區(qū)的用戶體驗(yàn)，肯定無法與中線附近的用戶體驗(yàn)相比。另外，用戶處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)，最終獲得的體驗(yàn)也存在著很大的差異；用戶處于密集區(qū)域以及寬闊區(qū)域，最終獲得的體驗(yàn)也存在著明顯的差異。在這種情況下，通信企業(yè)就必須要對(duì)不同地區(qū)的用戶需求進(jìn)行針對(duì)性的分析，然后以此為基礎(chǔ)進(jìn)行5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

四、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃策略

5G 網(wǎng)絡(luò)的使用，必然會(huì)對(duì)傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)造成巨大的影響，使得室內(nèi)基帶處理單元（Building Baseband Unite，BBU）開始向著CU/DU 單元方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）的完美結(jié)合。5G 網(wǎng)絡(luò)的使用，會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)開始革新，結(jié)合云技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能性的提高。所以，接入5G 網(wǎng)后，人們?cè)谶M(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過程中，要嚴(yán)加注意5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點(diǎn)，采用更加科學(xué)、高效的運(yùn)行維護(hù)策略，改進(jìn)以往傳統(tǒng)的架構(gòu)，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率，以滿足5G 網(wǎng)的使用條件。（1）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局。5G 網(wǎng)絡(luò)的使用使通信更加方便，所以，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局的過程中，需要結(jié)合5G 核心架構(gòu)，仔細(xì)研究、分析其形成的因素，然后考慮實(shí)際的無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行合理規(guī)劃。同時(shí)，也需要對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的使用進(jìn)行分析，根據(jù)當(dāng)前的分析結(jié)果來看，人們對(duì)低頻段資源的利用最為廣泛。所以，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的過程中，可以將低頻段頻譜資源擴(kuò)增，加強(qiáng)對(duì)零散頻段的應(yīng)用，同時(shí)需要對(duì)高頻段資源進(jìn)行有效的處理，根據(jù)實(shí)際的無線傳播情況，選擇合理的組網(wǎng)技術(shù)，對(duì)組網(wǎng)工作進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的掌控，繼而全面地提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。（2）積極開展網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)。5G 網(wǎng)絡(luò)作為新型的熱門技術(shù)，在進(jìn)行規(guī)劃的過程中，需要開展網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)，建設(shè)5G 網(wǎng)示范區(qū)，找出5G 網(wǎng)絡(luò)存在的缺陷，同時(shí)打造技術(shù)發(fā)展高地。開展網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)，可以讓有關(guān)人員對(duì)其更加了解，組網(wǎng)也會(huì)有著更多的認(rèn)知，對(duì)優(yōu)化5G 網(wǎng)絡(luò)非常關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)可以滿足試點(diǎn)區(qū)域用戶對(duì)于5G 網(wǎng)絡(luò)的需求，用戶的體驗(yàn)感對(duì)于5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展十分重要，讓用戶參與到當(dāng)中，同時(shí)隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，還可以將5G 技術(shù)與AI，VR 技術(shù)相結(jié)合。通過動(dòng)態(tài)切片的方法，讓5G 網(wǎng)絡(luò)下的通訊業(yè)務(wù)得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理運(yùn)用，提高5G 用戶的使用效果。（3）新型空口。5G 網(wǎng)絡(luò)正式投入使用的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)不同區(qū)域之間的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不同。所以，在進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中，需要考慮當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和地理位置，選擇合適的運(yùn)營(yíng)商，讓網(wǎng)絡(luò)機(jī)制得到進(jìn)一步的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域用戶的使用效果統(tǒng)一。同時(shí)還可以優(yōu)化設(shè)備，降低額外時(shí)延，通過新型空口實(shí)現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，當(dāng)出現(xiàn)業(yè)務(wù)延遲情況，可以通過優(yōu)化業(yè)務(wù)體系加以解決。

五、5G 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

（一）方案選擇

在5G 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中首先要考慮到多方面客觀因素的影響，從而選擇合適的組網(wǎng)方式，以達(dá)到全球業(yè)界共識(shí)的目的。由于5G 無線網(wǎng)絡(luò)還處于一個(gè)初級(jí)探索階段，在實(shí)際的規(guī)劃與設(shè)計(jì)過程中考慮到獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)的兩種不同組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用過程中則需要通過綜合性的考慮，以全面提高5G 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)計(jì)效果，提高其使用價(jià)值。

1.獨(dú)立組網(wǎng)

在5G 無線網(wǎng)絡(luò)的部署過程中，三大運(yùn)營(yíng)商在初期都會(huì)選擇非獨(dú)立組網(wǎng)。而借助獨(dú)立組網(wǎng)則需要重新建立5G 的基站，在使用5G 核心網(wǎng)的基礎(chǔ)下，使用全新的5G 基站，全部實(shí)現(xiàn)5G 技術(shù)的所有功能。就5G 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展來看，獨(dú)立組網(wǎng)方式能夠充分滿足5G 無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用需求，為用戶提供更好的體驗(yàn)，技術(shù)上有更好的優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中，由于獨(dú)立組網(wǎng)還處于實(shí)驗(yàn)階段，為了實(shí)現(xiàn)5G 無線網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立組網(wǎng)商業(yè)化的使用還需要一定的時(shí)間。

2.非獨(dú)立組網(wǎng)

通過非獨(dú)立組網(wǎng)的方式來部署5G 無線網(wǎng)絡(luò)，能夠利用4G 基站這一個(gè)偽5G 的基站來實(shí)現(xiàn)5G 技術(shù)的部分功能。其核心思想在于，當(dāng)接入5G 無線核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通過利用4G 基站來實(shí)現(xiàn)更大的上行和下行速度。與獨(dú)立組網(wǎng)相比，非獨(dú)立組網(wǎng)技術(shù)更加成熟，覆蓋的面積更廣。可以充分借助4G 網(wǎng)絡(luò)以增加5G 網(wǎng)絡(luò)高帶寬，從而全面提高5G 網(wǎng)絡(luò)的普及速度，降低5G 網(wǎng)絡(luò)的部署成本。

（二）運(yùn)營(yíng)網(wǎng)組設(shè)計(jì)

在第一屆全球5G 大會(huì)上，從5G 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和網(wǎng)組設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行了深入的分析和探究，從而提出了新型5G 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案。5G 無線網(wǎng)絡(luò)是以用戶為中心功能模塊化，網(wǎng)絡(luò)可編排為核心理念，在做好網(wǎng)絡(luò)控制，轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的同時(shí)，以有效改變傳統(tǒng)單一管道和固話的服務(wù)模式。而借助共享的基礎(chǔ)設(shè)施以滿足不同用戶和行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架需求，從而實(shí)現(xiàn)5G 無線網(wǎng)絡(luò)資源共享，創(chuàng)建相應(yīng)的社會(huì)化信息服務(wù)平臺(tái)，為用戶提供極致的體驗(yàn)，滿足其實(shí)際的性能要求，從而實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的愿景。因而在5G無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計(jì)過程中首先要考慮到其系統(tǒng)功能和邏輯功能。5G 網(wǎng)絡(luò)邏輯視圖由接入平面，控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面三個(gè)功能平面構(gòu)成。接入平面引入多站點(diǎn)協(xié)作，為了構(gòu)建更為靈活的接入網(wǎng)拓?fù)?，可以通過多連接機(jī)制和多制式融合技術(shù)全面提高其使用性能。而為了實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)控制功能，則需要全面加強(qiáng)控制平面的設(shè)計(jì)工作，按照其實(shí)際的應(yīng)用需求全面加強(qiáng)移動(dòng)性和會(huì)話管理工作。為了提高其使用性能，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中通過精細(xì)化資源管控和全面能力開放的方式，以提高控制平面的建設(shè)效果。轉(zhuǎn)發(fā)平面具備分布式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和處理功能，提供動(dòng)態(tài)的設(shè)置，不斷提高業(yè)務(wù)鏈的處理能力，豐富其實(shí)際的功能。5G 無線網(wǎng)絡(luò)采用模塊化功能設(shè)計(jì)模式，通過功能組件的方式，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際需求。而通過專用邏輯網(wǎng)絡(luò)以適當(dāng)擴(kuò)大5G 無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，全面提高資源的利用率，從而減少不必要的資源浪費(fèi)，降低成本投入。5G 無線網(wǎng)絡(luò)是以控制功能為核心，把網(wǎng)絡(luò)接入和轉(zhuǎn)發(fā)功能作為基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)向上提供管理編排和網(wǎng)絡(luò)開放等相關(guān)服務(wù)。因而在設(shè)計(jì)的過程中則需要全面加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，通過科學(xué)合理的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)組設(shè)計(jì)，提高其使用性能。

六、結(jié)束語(yǔ)

5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用具有成本低、信息傳輸效率高、可靠性強(qiáng)、低時(shí)延高技術(shù)的特特點(diǎn)。要想保證5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的順利進(jìn)行，就必須要意識(shí)到5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響、對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的集成予以高度的重視、提升無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局的合理性、加強(qiáng)5G 接入無線網(wǎng)絡(luò)的普及。