5G技術淺析

李慧

摘要：隨著通信技術的不斷發展，我國在通信技術方面已經實現了多元化和多角度的發展，從最初的第一代模擬技術，到現在的5G技術，從純語音業務的發展到語音、數據、業務平臺、物聯網業務的多元化發展。隨著物聯網技術的不斷推廣，以“信息隨心至，萬物觸手及”為愿景，5G技術的發展成為必然，5G已經成為全球業界研發的焦點和各通信大國競爭的主戰場。下面將對5G技術和應用場景進行簡單的介紹。關鍵詞：通信技術；5G；架構演進 1、5G發展概述5G（5th Generation）即第五代移動通信技術，此前已經歷四代技術演進：第一代移動通信（1G）是已經淘汰的模擬通信技術，通信標準較多，但主要市場由美國摩托羅拉壟斷；第二代數字移動通信技術（2G）主要使用歐盟主導的GSM制式，現在仍是主流通信網絡，美國高通的CDMA（IS-95）制式成為下一代技術的基石；第三代移動通信（3G）有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種制式，全球主流標準是WCDMA，中國主導開發的TD-SCDMA制式僅有中國移動等少部分運營商使用；目前已經進入規模商用階段的第四代移動通信（4G），主要是歐美通信公司主導的LTE-Advance FDD，而中國主導的LTE-Advance TDD技術也已經占據市場一席之地；國際電信聯盟（ITU）計劃將于2020年完成第五代移動通信（5G）全球統一標準的制定并逐步投入商用，5G已經成為全球業界研發的焦點和各通信大國競爭的主戰場。5G移動通信技術的總體愿景是“信息隨心至，萬物觸手及”，通過高接入速率、低使用時延、海量連接能力、超高流量密度，實現人與物的智能互聯、信息的高速傳輸，從而滲透到未來社會各個領域，構建以用戶為中心的全方位信息生態系統。自20世紀80年代以來，移動通信每十年出現新一代革命性技術，推動信息通信技術、產業的革新，為經濟社會發展注入強勁動力?！?G影響生活，5G改變社會”，第五代移動通信以全新的網絡架構、關鍵技術，提供超高傳輸速率、毫米級傳輸時延和千億級連接能力，開啟萬物廣泛互聯、人機深度交互的新時代，對社會的影響力遠超前幾代移動通信技術。 2、5G的網絡架構演進5G與4G相比，具有以下特點：（一）5G網絡空口至少支持20Gbps速率，用戶10秒鐘就能夠下載一部UHD（超高清，分辨率4倍于全高清，9倍于高清）電影。（二）核心網功能分離。核心網用戶面部分功能下沉至CO（中心主機房，相當于4G網絡的eNodeB），從原來的集中式的核心網演變成分布式核心網，這樣，核心網功能在地理位置上更靠近終端，減小時延。（三）分布式應用服務器（AS）。AS部分功能下沉至CO（中心主機房，相當于4G網絡的eNodeB），并在CO部署MEC（Mobile Edge Computing，移動網絡邊界計算平臺）。MEC有點類似于CDN（內容分發網絡）的緩存服務器功能，但不僅于此。它將應用、處理和存儲推向移動邊界，使得海量數據可以得到實時、快速處理，以減少時延、減輕網絡負擔。（四）重新定義BBU和RRU功能。將PHY、MAC，或者RLC層從BBU分離下沉到RRU，以減小前傳容量，降低前傳成本。（五）NFV（網絡功能虛擬化，Network Function Virtualization），就是將網絡中的專用電信設備的軟硬件功能（比如核心網中的MME，S/P-GW和PCRF，無線接入網中的數字單元DU等）轉移到虛擬機（VMs，Virtual Machines）上，在通用的商用服務器上通過軟件來實現網元功能。（六）SDN，即軟件定義網絡，5G網絡通過SDN連接邊緣云和核心云里的VMs（虛擬機），SDN控制器執行映射，建立核心云與邊緣云之間的連接。網絡切片也由SDN集中控制。SDN、NFV和云技術使網絡從底層物理基礎設施分開，變成更抽象靈活的以軟件為中心的構架，可以通過編程，來提供業務連接。（七）網絡切片。5G網絡將面向不同的應用場景，比如，超高清視頻、虛擬現實、大規模物聯網、車聯網等等，不同的場景對網絡的移動性、安全性、時延、可靠性，甚至是計費方式的要求是不一樣的，因此，需要將物理網絡切割成多個虛擬網絡，每個虛擬網絡面向不同的應用場景需求。虛擬網絡間是邏輯獨立的，互不影響。3、5G發展的應用場景在5G時代，移動互聯網主要面向以人為主體的通信，注重提供更好的用戶體驗。面向2020年及未來，超高清、3D和浸入式視頻的流行將會驅動數據速率大幅提升。車聯網和工業控制等業務則要求毫秒級的時延和接近100%的可靠性。自動駕駛的智能管理網絡需要所有汽車均隨時保持與中心的高速網絡連接。正在快速普及的4G網絡已經可以提供很高的帶寬，足夠滿足這類應用的需要。但是高速行駛的汽車對數據連接的要求不僅是高帶寬，還要有足夠低的延遲。4G技術可以在用戶較少的時候提供不錯的響應速度，但一旦基站附近的連接過多，每個用戶的延遲也會明顯增大。延遲的增加對于無人駕駛汽車來說是非常危險的，一個剎車信號晚發出半秒就可能造成一次事故。在車與車之間（V2V）進行通信，僅用車載傳感器進行無線通信的延遲高達 300ms，使用 802.11p 技術的延遲為 50ms，使用 LTE-A 技術的延遲約 42ms，而使用 5G 技術的話延遲僅為 1ms。至于車與基礎設施之間（V2I）的通信，若使用 LTE-A 技術，延遲為 37ms，而使用 5G 技術延遲僅為 2.5ms。從一連串的數據就可以看出，未來的車聯網/自動駕駛一定是基于 5G 的。結束語5G將以可持續發展的方式，滿足未來超千倍的移動數據增長需求，將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設備的連接能力，超高流量密度、超高連接數密度和超高移動性等多場景的一致服務，業務及用戶感知的智能優化，同時將為網絡帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，并最終實現“信息隨心至，萬物觸手及”的5G愿景。參考文獻[1]王志勤；羅振東；魏克軍；5G業務需求分析及技術標準進程[J].中興通訊技術；2014年02期[2]王廣增.關于5G移動通信關鍵技術的分析及其未來發展前景分析[J].新觀察，2014（04）[3]國健男；基于用戶體驗的5G網絡研究[J]；電子技術與軟件工程；2015年01期.