5G網絡技術淺析

張銘

【摘 要】現今移動通信網絡已經建成并應用到了第四代通信網絡即4G通信，為了適應增長越來越快的移動數據通信的需求，新一代的5G通信網絡正在緊鑼密鼓的研發中。論文介紹了5G的前景、5G面臨的挑戰及其開啟的浸入式體驗與連接。

【Abstract】The mobile communication network has been built and applied to the fourth generation communication network， also called 4G communication， in order to adapt to meet the faster growing demand for mobile data communication， a new generation of 5G communication networks is in the process of research and development. This paper introduces the prospect of 5G ， and the challenges that it will face， and its immersion experience and connection.

【關鍵詞】5G；光傳送網；智能

【Keywords】5G；OTN ；intelligence

【中圖分類號】TP393 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0191-02

1 引言

移動通信已經經歷了四代發展歷程，第五代移動通信系統（5G）將在大幅提升移動互聯網業務體驗的同時，全面支持物聯網業務，實現人與物、人與人和物與物之間的海量智能互聯。相比4G，5G在用戶體驗速率、連接數密度、移動性、流量密度、端到端時延、頻譜效率、能效、成本等方面的需求均有1～2個數量級的提升，難以在現有移動通信網絡體系架構下來實現。未來移動通信更高的帶寬、更小的蜂窩、更密集而靈活的無縫覆蓋需求將更依賴于可提供穩定大容量信道并具有靈活資源調配能力的光通信網絡[1]。5G時代的光網絡將面臨比以往更大的機遇和挑戰，光網絡和無線網絡也將最終走向融合和統一。

2 5G前景展望

3G和4G使人與人相聯，而5G則會使萬物互聯。之前有相關公司數據顯示，到2020年聯網終端數量將達到250億到500億部。從我個人角度分析，我認為再用狹義的“用戶數”這一單一層級預測5G未來的發展也許已經不合時宜。未來，5G的“用戶”將更加廣泛，呈指數級增長——家居、汽車、生產線、機器人、無人機、農業基地、高速鐵路、城市等幾乎所有的一切都將聯網。5G時代，我們的生活將變得更不一樣，5G將支持的場景：車輛與其他終端間的通信；智慧城市；遠程監測、醫療和機器人；增強現實（AR）和虛擬現實（VR）；新形態安全的超視距無人機操控等[2]。

從本質來講，構建4G網絡的宗旨在于密切溝通各個群體，因此體現了人之間的互聯。相比來看，5G網可以做到連接萬物，體現了更高的互聯價值。截止到2020年，世界各地整體上可達250億左右的聯網終端。因此可見，如果把5G網絡單純局限于用戶數的層次上，那么很難符合新時期的網絡化形勢，對此亟待加以全面的改進。進入5G時代之后，網絡將會覆蓋于日常生活，具體涉及城市建設、高鐵建設、構建農業基地、無人機、生產線以及家居等多樣化的層面。

進入5G的新時期后，民眾的日常生活將會體現為全方位的改進。這是由于，5G可以用來支持不同類型的終端通信，在此前提下構建了遠程監測與智慧城市，同時也連通了虛擬現實以及增強現實。通過運用全新的超視距手段，針對無人機就能實現實時性的操控。

然而不應當忽視，相比于其他類型的連接技術，建立于5G前提下的網絡連接具備更高層次的復雜度。這是因為，5G在客觀上突顯了更強的適應性以及靈活性，針對各種類型的終端也體現了較強的差異性。目前的狀態下，微型傳感器、移動熱點以及智能手機都可以連接于網絡。此外，5G還能用來支撐規模較小的基站，因地制宜實現多樣化的場景部署。

業界普遍的預測是，5G最早將在2019年實現部署，它將帶來超低延遲，數千兆的下載和上傳速率、擁有十年以上續航的更高效的機器通信、支持在多個頻段利用共享頻譜、能夠支持關鍵任務型服務（零容差率）的更可靠更安全網絡，以及應對數據和聯網終端激增的更廣覆蓋和更高效率。

3 5G面臨的挑戰

作為主要承載網絡的光傳送網，面對5G網絡的大帶寬和高容量、低時延、高可靠、靈活化和智能化等承載需求，結合光傳送網技術現狀及發展趨勢，其未來發展將面臨如下一些挑戰：

第一，低時延和靈活化高性能方案選擇及實現端到端ms量級的超低時延是5G網絡典型的性能要求，而靈活化將是5G網絡面向用戶的基本屬性。為了適應5G網絡業務應用的靈活化，光傳送網需要提供承載帶寬的靈活化，需要采用譬如基于電層的帶寬調整（G.HAO、FlexO/E等）、基于光層的帶寬調整（靈活柵格、可調收發等）等來實現，但這些帶寬的靈活調整如何與5G業務的實際應用進行無縫的配合（同時也包括傳送網在前傳網絡、回傳網絡和核心網傳輸網絡之間的靈活化協同等），仍然面臨很多問題需要進一步研究。光傳送網長距離組網時主要時延由物理光纖鏈路帶來，而光纖鏈路時延長一般除了選擇更優的物理鏈路路由之外無其他技術解決方法，因此光傳送網降低時延的技術將主要聚焦于節點處理，其中最主要的是電層信號處理，譬如FEC和DSP處理技術等，由于這些技術的處理時延與傳輸性能成反比關系，如何在保證傳輸性能的同時進一步降低處理時延將面臨技術挑戰[3]。

第二，光傳輸技術方案選擇及實現按照移動網絡的典型承載需求，傳送網絡主要由前傳網絡、回傳網絡和核心網傳輸網絡等組成。按照目前5G愿景的發展目標，無論是前傳，還是回傳和核心網傳輸，光傳送網均面臨技術方案選擇及實現的多樣化挑戰，尤其是5G網絡目前從整體上尚未對于端到端性能指標的劃分、無線網元前傳功能的分割等進一步明確。面向5G的光傳輸方案選擇及具體實現仍面臨巨大的挑戰性和不確定性。尤其是前傳網絡更為明顯，典型如超大容量和高密集的無線接入已經使得前傳網絡的光纖直驅模式在5G網絡中無法普遍應用[4]。選擇何種滿足前傳性能和功能要求的傳輸技術、無線前傳網元之間的有線接口制式等仍需進一步研究。endprint

第三，與其他網絡的協調和互通。5G網絡的承載網絡除了光傳送網之外，還包括IP承載網以及基于其他形式（譬如無線承載）的承載網。針對各種類型的網絡來講，如果要實現全方位的互通，那么整體難度仍是較大的。這是由于，各種類型的網絡都具有各異的承載性能，因此也將面對突顯的挑戰。未來在實踐中，技術人員還需致力于構建全新的5G架構網絡，在此基礎上致力于實現統一與協調的網絡架構。

4 5G開啟浸入式體驗與連接

下一代無線寬帶將永久改變人們的通信和連接方式。以AR（擴增實境）和VR（虛擬現實）為例，二者將發生融合，頭戴設備將能夠根據所需，支持其中的任一種技術。智能手機將變得更加強大，更具吸引力。數據傳輸速度將大幅提升，使我們能夠傳輸8K環繞聲視頻，以打造終極移動娛樂。5G將帶來實現無線AR和VR所需的增強移動寬帶數據率和低延遲，VR頭戴設備讓人們幾乎在任何地方都可以獲得浸入式真實體驗[5]。

為了體現更高層次的傳輸性能，確保符合最根本的傳輸效能要求，有關部門及其人員都要致力于全方位的技術演進與技術更新，在此前提下致力于提升光傳輸的實效性。相比于4G或者3G的網絡，建立于5G前提下的新型網絡傳輸具備更高層次的綜合效益，因此也有助于提供最根本的技術保障。未來在實踐中，技術人員還需逐步探求高容量與大帶寬的新型5G網絡，以此來應對突顯的技術挑戰。

這樣的技術進步并非一蹴而就。漸進式發展與細致的規劃將為我們多年的創新鋪平道路。為滿足這些傳輸需求并解決技術挑戰，業界需要推動光傳送網技術加速革新和演進，為5G網絡未來快速發展提供關鍵的基礎承載網絡保障。

【參考文獻】

【1】翟冠楠，李昭勇.5G無線通信技術概念及相關應用[J].電信網技術，2013（09）：123-136.

【2】王栓杰，李華.MOOC教學模式與虛擬現實技術在工科教育中的綜合運用淺析[J].無線互聯網科技，2014（1）：224.

【3】曹健.無線網絡技術淺析[J].科技資訊，2015（09）：167.

【4】路璞.無線通信抗干擾技術分析[J].信息與電腦（理論版），2013（02）：111-112.

【5】陳曉貝，魏克軍.全球5G研究動態和標準進展[J]. 電信科學.2015（05）：16-19.endprint