5G網絡應用與挑戰

陳夏霖

摘要：移動通信的發展，一步步地改變我們的生活和社會，推動一場新的信息革命。3GPP定義了5G應用的三大場景包括增強移動寬帶、大規模機器類通信和低時延高可靠通信，大幅度提升了“以人為中心”的移動互聯網業務的體驗并全面支持“以物為中心”的物聯網業務，總體實現了人與人、人與物以及物與物的智能互聯的總體愿景。同時，因頻譜資源問題、通信協議、兼容性和終端也同樣給5G的發展帶來了一定的挑戰。

關鍵詞：5G；應用場景；面臨挑戰

1前言

隨著移動互聯網業務和物聯網業務的發展，前幾代網絡逐漸難以適應新業務和網絡運營的需求，同時推動著學界和產業界積極探索并對網絡進行重新設計。5G作為新一代移動通信網絡，致力于提供大數據帶寬、無線組網能力和信號增強覆蓋，以及高質量的個性用戶服務。本文就5G移動通信應用場景及其面臨的挑戰進行論述分析。

2應用場景

3GPP定義了5G應用的三大場景：eMBB增強移動寬帶、mMTC大規模機器類通信、uRLLC低時延高可靠通信。其中eMBB主要是對傳統移動通信進行性能的提升，大幅度提升“以人為中心”的移動互聯網業務的體驗；mMTC和uRLLC則是為了滿足物物互聯的需求，全面支持“以物為中心”的物聯網業務。

2.1增強移動寬帶

eMBB是對傳統移動通信進行性能的提升，場景需要滿足更高的流量密度、更快的用戶速率、更高的用戶移動性需求。其主要體現在以下領域：3D超高清視頻遠程呈現、可感知的互聯網、超高清視頻流傳輸、寬帶光纖用戶以及虛擬現實、增強現實領域。實際應用下，辦公區可達到數十Tbps/km2的流量密度，密集住宅區需滿足Gbps用戶體驗速率，穩定支持在地鐵等擁擠場所6人/m2的超高用戶密度、高鐵500km/h以上高速運動情況下的用戶網絡需求。

2.2大規模機器類通信

mMTC擁有可擴展和靈活的帶寬，屬于低速率通信，主要面向以傳感數據采集為目標的物聯網應用場景，這些場景一般具有小數據包、海量連接、終端功耗要求敏感等特點，如生態監測、智能農業、智能家居、智慧城市等。

2.3低時延高可靠通信

uRLLC特點是高可靠、低時延以及極高的可用性，性能指標需要毫秒級的端到端時延，接近100%的業務可靠性保證。包括的類場景及應用有工業應用和控制、交通安全和控制、遠程制造、遠程培訓、遠程手術等。

3面臨挑戰

3.1頻譜挑戰

隨著移動通信的發展，無線電頻譜資源日漸稀缺，尤其是優質低頻普資源逐漸分配完畢，剩下的都是高頻段資源。這類高頻段資源適合于室內通信，室外通信則欠佳。未來的5G網絡是一個多業務、多接入技術、多層次覆蓋的系統，如何將分離的頻譜資源有機的融合并合理利用，為用戶提供最佳的業務體驗，為運營商提供最強的網絡能力等，是首要的技術挑戰；與此同時，支撐5G的新傳輸技術與組網方式，將帶來設備實現復雜度，設備研發成本，網絡建設和運營維護等全新挑戰。

3.2通信方面的挑戰

未來5G作為一個大融合的智能互聯的網絡，業務范圍和業務靈活性將極大提升。eMBB需要滿足超高的用戶速率，uLLC需滿足超高可靠、超低時延的業務特征，mMTC具有小數據包、海量連接的特點，如何制定一個統一的通信協議，滿足業務的靈活性還面臨諸多挑戰。同時，未來4G和5G將會是一個長期共存的局面，兼容性問題也不得不加以考慮。

3.3終端方面的挑戰

對于高頻段的射頻器件，工藝和性能等都不同于4G第頻段，相位噪聲的增加使得終端射頻前性能有所降低，需要對終端的射頻架構做出調整。同時，毫米波終端架構不得不采用新的二次變頻方案，多天線構成的波束賦形將是終端的必選，采用大帶寬也使得我們不得不思考成本和收益的問題[1]。

4結語

5G作為新一代移動通信技術，其三大應用場景eMBB、mMTC和uRLLc總體實現了人與人、人與物以及物與物的智能互聯的總體愿景，使得網絡向多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向發展。同時，對于當下所面臨的頻譜資源問題以及在通信、終端方面的挑戰，需要在技術層面、產業鏈方面進一步進行研究，這樣才可以快速地推動5G發展和使用。

參考文獻：

[1]邢金強，馬帥，肖善鵬.高頻段5G終端射頻實現與挑戰[J].移動通信，2017，41（07）：15-19.

[2]王胡成，徐暉，程志密，王可.5G網絡技術研究現狀和發展趨勢[J].電信科學，2015，31（09）：156-162.

[3]方汝儀.5G移動通信網絡關鍵技術及分析[J].信息技術，2017（01）：142-145.

[4]遲梁，蔣俊杰.5G通信場景與技術分析[J].移動通信，2015，39（15）：88-93.