5G網絡技術特點分析

藍壽凱 中國鐵塔股份有限公司內江市分公司 張金生 中訊郵電咨詢設計院有限公司

1 引言

5G是第五代移動電話行動通信標準的簡稱，是4G繼續發展的產物。5G的理論下行速度為10Gb/s(相當于下載速度1.25GB/s).更高的速度能夠滿足更為豐富的應用，比如高清、高幀率視頻傳輸，自動駕駛汽車，物聯網等。3月4日，全國人大代表，中國信息通信研究院院長劉多接受記著采訪時表示，5G第一版國際標準將于今年6月完成。我國5G研發實驗第三階段將于今年年底前完成，重點是系統驗證。

2 發展歷程

2013年2月，歐盟宣布，將斥巨資進行5G移動技術的開發，并制定時間表，將在2020年推出完善的5G方案。2013年5月，韓國的電子巨頭三星宣布，已經完成5G核心技術的開發，并擬將此項技術在2020年進入商用階段。三星主要通過64個天線單元組成的具有自我調節成立的天線陣列解決了高速傳輸的問題。我國，華為公司在2009年就開始就著手開展5G技術的研究，并研發出了5G的基站原型。2013年11月，華為公司開始將5G作為重要技術項目開展研究，力圖在2020年實現5G商用。2014年5月，日本的電信巨頭NTT開始與諾基亞、三星等六家廠商合作研發5G技術。2015年，英國宣布已經完成5G技術的研發工作。2015年3月，歐盟發布了歐盟5G發展計劃和愿景。在我國，對5G技術的發展分為三個階段，第一階段為5G關鍵技術實驗階段，第二階段為5G技術方案驗證階段，第三階段為5G系統驗證。5G技術將會實現更加高速的速度，更加寬的帶寬，網速將比4g快10倍之多，具體來講就是1秒鐘即可下載一部高清的視頻，能夠實現虛擬現實、物聯網等應用。5G技術的穩定性更高，可靠性更強，時延值也更低，能夠滿足智能駕駛等行業的的應用，對于改變行業業態，創造新的發展模式有重要意義。2017年2月，國際通信標準組織公布了5G的標志。2017年11月，我國工信部發布了《關于第五代移動通信系統使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關事宜的通知》，明確了5G的使用中頻頻段。從而將5G商用推向一個新的階段。11月下旬，工信部通知正式開始第三階段的5G研發實驗工作。2017年，12月，國際電信標準組織第78次全體會議上，5GNR首發版本正式凍結并發布。同時我國發改委發布了《關于組織實施2018年新一代信息基礎設施建設工程的通知》，計劃2018年在5個以上的城市進行5G商用試點。2018年2月23日，在世界移動通信大會即將召開的時候，達沃豐和華為宣布，兩個巨頭已經在西班牙完成了世界上第一個5G通話測試，2月17日，華為公司在MWC2018大會上發布了自己的5G芯片和終端。上海市政府與中國移動簽訂了“互聯網+”合作框架協議，計劃在上海構建新一代網絡與信息基礎設施。計劃將5G光纖接入覆蓋900萬戶和8300座商業寫字樓。

3 技術特點

5G技術相比較4G及其他信息技術具有革命性的創新和提升，主要表現在如下幾個方面。

3.1 超密集異構網絡

5G的重要特點是速度更快，帶寬更寬，要達到這個目的，帶來的要求就是網絡基礎設施要有更高的承載能力。進入5G時代，流量將呈現爆炸性增長，因此5G網絡需要增加節點數量、縮短小區半徑，布設更多的基站，這就是5G的超密集異構網絡。據測算，5G網絡至少需要布設目前4G網絡所需基站數目的10倍，節點距離贏保持在10米以內，達到在半徑1-2公里范圍內為20000名用戶提供支持的標準。5G將大大提高網絡的功率，并更加有效率的使用頻率資源。但是超密集異構網絡也帶來一些問題，如同頻、臨頻、倍頻干擾問題，如多節點設置而帶來的復雜拓撲問題等。

3.2 自組織網絡

在傳統網絡中，依靠人為分配調配網絡資源，這樣做效率底下，耗費大量的人力物力，但是效果還不理想，而5G網絡的流量更大，承載能力更強，因此還是依靠人為的調配，將不能有效發揮5G網絡的作用，5G網絡將是智能的自組織網絡，自組織網絡能夠實現網絡智能規劃和部署，根據承載需求，臨近的基站能夠自我調配資源，實現資源科學有效分配，并能夠實現網絡自我愈合能力，比如某個基站壞了，自組織網路可以自動檢測定位出現故障的基站所在位置并在基站管理系統中予以記錄，從而大大減少了維護的成本和工作量。

3.3 內容分發網絡

5G網絡還具有內容分發功能，在5G網絡中，除了用于物聯網、車聯網的信息，主要是用戶需要的音頻、視頻、圖片信息，而這些信息是最耗費網絡流浪和帶寬的，在流量過大的情況下，僅僅依靠增加基站節點，提高功率仍力不從心，這時候就可以采取搭建內容分發網絡，在5G網絡中增加新的層次用于內容分發，這個類似于互聯網中的分布服務器，系統將根據各節點的運行狀態，將一部分內容存放在用戶附近的內容分發網絡服務器上，實現用戶就近獲取信息，從而緩解網絡堵塞問題。

3.4 D2D通信

為了提高5G網絡的承載能力，流暢性，盡一切可能提高用戶體驗，5G網絡將實現設備對設備通信技術，即D2D通信，D2D通信將利用蜂窩基站，實現終端設備與終端設備之間互相通信，這種通信的數據傳輸是設備與設備之間直接傳輸的，而相關指令、會話建立、控制、鑒權、管理仍然歸5G網絡管理，這樣將大數據量的信息交給設備與設備之間的鏈路分擔，而將控制信號的小數據量信息交給5G網絡分擔，實現了提高網絡承載能力，提高用戶體驗的目的。

3.5 M2M通信

在人們展望5G時代的時候，人們經常期待更大帶寬，更強承載能力的5G網絡將會帶來物聯網的大發展，而5G網絡在設計之初，也加入了物聯網發展的標準，即M2M系列技術，在5G時代將有大量的物聯網設備被接入5G網，實現物與物、人與物之間的通信，而M2M技術則主要是解決物與物之間通信的技術，實現物與物之間更加快捷有效的互聯、協作。

3.6 信息中心網絡

為解決實時音頻、高清視頻的服務問題，傳統TCP/IP分發協議，已經不能滿足大流量服務的需求，5G提出了ICN，即信息中心網絡的概念，這一概念主要是指信息的分發、查找和傳遞， ICN能夠提供良好的系統擴展性，并能夠較好的解決實時性問題，能夠提供給用戶提供更加快速的信息獲取模式，提升網絡體驗。

3.7 移動云計算

云計算服務在互聯網中已經發展了若干年，技術相對成熟，已經提供了商業、國防、公益房方面的應用，而5G網絡作為鏈接移動終端的網絡，是互聯網的延伸、也是互聯網的一部分、某種意義上也正在不同程度的取代互聯網，作為本是同根生的移動互聯網和互聯網，云計算技術的概念也同樣可以移植到5G網絡中來，能夠為用戶提供更為便捷的云計算服務。與互聯網云計算類似，移動終端不用安裝客戶端，即可享受云服務業務。

3.8 5G對毫米波通信的研究

目前，通信領域使用的頻段多集中于300MHz-3GHz頻段，而對于3-300GHz的毫米波頻段則應用較少，為充分利用頻譜資源，在5G 技術研發之初，結合5G基站布設增多的特點，著力研發了對于毫米波段的利用，三星研究人員已經在這方面取得了突破性進展，在2000米的距離上實現了1Gbit/s的傳輸速度。然而毫米波繞射能力弱，攜帶能量相對較小，因此研究人員在路徑損耗、建筑物穿透、雨衰等方面也進行了深入研究，能夠達到使用標準，這樣就解決了5G使用頻段的緊缺問題，擴展了頻率資源。

3.9 軟件定義的無線網絡

在5G推行商用的過程中，除了要解決自身技術問題，同時也要考慮目前正在使用的通信標準及協議，如LTE、WImax、WLAN等大量的異構網絡，5G不能對這些技術視而不見，否則將在推廣5G過程中，將遇到大量困難。于是在5G網絡中引入了SDN 的思想概念，就是將控制系統從分布在廣大范圍內的設備上提取出來，在邏輯上實現集中的控制，統一轉發規則。集中的控制系統可以即時獲取、更新網絡信息，使異構的網絡更多的是承載流量服務，而控制功能被大大減少，從而實現了對異構網絡的最大尺度兼容。

4 小結

世界各國都宣布將在2020年全面進入5G時代，如何能夠在5G時代更好的搭建5G網絡，為國計民生提供更為安全、可靠、便捷的通信通道，是每個通信工作者需要關注的課題，研究并了解5G技術的特點，對于做好通信工作具有總要意義。