藍(lán)壽凱 中國鐵塔股份有限公司內(nèi)江市分公司 張金生 中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司

1 引言

5G是第五代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn)的簡稱，是4G繼續(xù)發(fā)展的產(chǎn)物。5G的理論下行速度為10Gb/s(相當(dāng)于下載速度1.25GB/s).更高的速度能夠滿足更為豐富的應(yīng)用，比如高清、高幀率視頻傳輸，自動駕駛汽車，物聯(lián)網(wǎng)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(biāo)準(zhǔn)將于今年6月完成。我國5G研發(fā)實(shí)驗(yàn)第三階段將于今年年底前完成，重點(diǎn)是系統(tǒng)驗(yàn)證。

2 發(fā)展歷程

2013年2月，歐盟宣布，將斥巨資進(jìn)行5G移動技術(shù)的開發(fā)，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(jīng)完成5G核心技術(shù)的開發(fā)，并擬將此項(xiàng)技術(shù)在2020年進(jìn)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(diào)節(jié)成立的天線陣列解決了高速傳輸?shù)膯栴}。我國，華為公司在2009年就開始就著手開展5G技術(shù)的研究，并研發(fā)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(shù)項(xiàng)目開展研究，力圖在2020年實(shí)現(xiàn)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(fā)5G技術(shù)。2015年，英國宣布已經(jīng)完成5G技術(shù)的研發(fā)工作。2015年3月，歐盟發(fā)布了歐盟5G發(fā)展計劃和愿景。在我國，對5G技術(shù)的發(fā)展分為三個階段，第一階段為5G關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)階段，第二階段為5G技術(shù)方案驗(yàn)證階段，第三階段為5G系統(tǒng)驗(yàn)證。5G技術(shù)將會實(shí)現(xiàn)更加高速的速度，更加寬的帶寬，網(wǎng)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?qū)崿F(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用。5G技術(shù)的穩(wěn)定性更高，可靠性更強(qiáng)，時延值也更低，能夠滿足智能駕駛等行業(yè)的的應(yīng)用，對于改變行業(yè)業(yè)態(tài)，創(chuàng)造新的發(fā)展模式有重要意義。2017年2月，國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織公布了5G的標(biāo)志。2017年11月，我國工信部發(fā)布了《關(guān)于第五代移動通信系統(tǒng)使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關(guān)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(fā)實(shí)驗(yàn)工作。2017年，12月，國際電信標(biāo)準(zhǔn)組織第78次全體會議上，5GNR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。同時我國發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于組織實(shí)施2018年新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的通知》，計劃2018年在5個以上的城市進(jìn)行5G商用試點(diǎn)。2018年2月23日，在世界移動通信大會即將召開的時候，達(dá)沃豐和華為宣布，兩個巨頭已經(jīng)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(fā)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(lián)網(wǎng)+”合作框架協(xié)議，計劃在上海構(gòu)建新一代網(wǎng)絡(luò)與信息基礎(chǔ)設(shè)施。計劃將5G光纖接入覆蓋900萬戶和8300座商業(yè)寫字樓。

3 技術(shù)特點(diǎn)

5G技術(shù)相比較4G及其他信息技術(shù)具有革命性的創(chuàng)新和提升，主要表現(xiàn)在如下幾個方面。

3.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5G的重要特點(diǎn)是速度更快，帶寬更寬，要達(dá)到這個目的，帶來的要求就是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施要有更高的承載能力。進(jìn)入5G時代，流量將呈現(xiàn)爆炸性增長，因此5G網(wǎng)絡(luò)需要增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量、縮短小區(qū)半徑，布設(shè)更多的基站，這就是5G的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。據(jù)測算，5G網(wǎng)絡(luò)至少需要布設(shè)目前4G網(wǎng)絡(luò)所需基站數(shù)目的10倍，節(jié)點(diǎn)距離贏保持在10米以內(nèi)，達(dá)到在半徑1-2公里范圍內(nèi)為20000名用戶提供支持的標(biāo)準(zhǔn)。5G將大大提高網(wǎng)絡(luò)的功率，并更加有效率的使用頻率資源。但是超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)也帶來一些問題，如同頻、臨頻、倍頻干擾問題，如多節(jié)點(diǎn)設(shè)置而帶來的復(fù)雜拓?fù)鋯栴}等。

3.2 自組織網(wǎng)絡(luò)

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，依靠人為分配調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源，這樣做效率底下，耗費(fèi)大量的人力物力，但是效果還不理想，而5G網(wǎng)絡(luò)的流量更大，承載能力更強(qiáng)，因此還是依靠人為的調(diào)配，將不能有效發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)的作用，5G網(wǎng)絡(luò)將是智能的自組織網(wǎng)絡(luò)，自組織網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能規(guī)劃和部署，根據(jù)承載需求，臨近的基站能夠自我調(diào)配資源，實(shí)現(xiàn)資源科學(xué)有效分配，并能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自我愈合能力，比如某個基站壞了，自組織網(wǎng)路可以自動檢測定位出現(xiàn)故障的基站所在位置并在基站管理系統(tǒng)中予以記錄，從而大大減少了維護(hù)的成本和工作量。

3.3 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

5G網(wǎng)絡(luò)還具有內(nèi)容分發(fā)功能，在5G網(wǎng)絡(luò)中，除了用于物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)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(fèi)網(wǎng)絡(luò)流浪和帶寬的，在流量過大的情況下，僅僅依靠增加基站節(jié)點(diǎn)，提高功率仍力不從心，這時候就可以采取搭建內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，在5G網(wǎng)絡(luò)中增加新的層次用于內(nèi)容分發(fā)，這個類似于互聯(lián)網(wǎng)中的分布服務(wù)器，系統(tǒng)將根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，將一部分內(nèi)容存放在用戶附近的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)用戶就近獲取信息，從而緩解網(wǎng)絡(luò)堵塞問題。

3.4 D2D通信

為了提高5G網(wǎng)絡(luò)的承載能力，流暢性，盡一切可能提高用戶體驗(yàn)，5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)設(shè)備對設(shè)備通信技術(shù)，即D2D通信，D2D通信將利用蜂窩基站，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備與終端設(shè)備之間互相通信，這種通信的數(shù)據(jù)傳輸是設(shè)備與設(shè)備之間直接傳輸?shù)?，而相關(guān)指令、會話建立、控制、鑒權(quán)、管理仍然歸5G網(wǎng)絡(luò)管理，這樣將大數(shù)據(jù)量的信息交給設(shè)備與設(shè)備之間的鏈路分擔(dān)，而將控制信號的小數(shù)據(jù)量信息交給5G網(wǎng)絡(luò)分擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了提高網(wǎng)絡(luò)承載能力，提高用戶體驗(yàn)的目的。

3.5 M2M通信

在人們展望5G時代的時候，人們經(jīng)常期待更大帶寬，更強(qiáng)承載能力的5G網(wǎng)絡(luò)將會帶來物聯(lián)網(wǎng)的大發(fā)展，而5G網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計之初，也加入了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，即M2M系列技術(shù)，在5G時代將有大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被接入5G網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的通信，而M2M技術(shù)則主要是解決物與物之間通信的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物與物之間更加快捷有效的互聯(lián)、協(xié)作。

3.6 信息中心網(wǎng)絡(luò)

為解決實(shí)時音頻、高清視頻的服務(wù)問題，傳統(tǒng)TCP/IP分發(fā)協(xié)議，已經(jīng)不能滿足大流量服務(wù)的需求，5G提出了ICN，即信息中心網(wǎng)絡(luò)的概念，這一概念主要是指信息的分發(fā)、查找和傳遞， ICN能夠提供良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性，并能夠較好的解決實(shí)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(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

3.7 移動云計算

云計算服務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)中已經(jīng)發(fā)展了若干年，技術(shù)相對成熟，已經(jīng)提供了商業(yè)、國防、公益房方面的應(yīng)用，而5G網(wǎng)絡(luò)作為鏈接移動終端的網(wǎng)絡(luò)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸、也是互聯(lián)網(wǎng)的一部分、某種意義上也正在不同程度的取代互聯(lián)網(wǎng)，作為本是同根生的移動互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，云計算技術(shù)的概念也同樣可以移植到5G網(wǎng)絡(luò)中來，能夠?yàn)橛脩籼峁└鼮楸憬莸脑朴嬎惴?wù)。與互聯(lián)網(wǎng)云計算類似，移動終端不用安裝客戶端，即可享受云服務(wù)業(yè)務(wù)。

3.8 5G對毫米波通信的研究

目前，通信領(lǐng)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(yīng)用較少，為充分利用頻譜資源，在5G 技術(shù)研發(fā)之初，結(jié)合5G基站布設(shè)增多的特點(diǎn)，著力研發(fā)了對于毫米波段的利用，三星研究人員已經(jīng)在這方面取得了突破性進(jìn)展，在2000米的距離上實(shí)現(xiàn)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(jìn)行了深入研究，能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，這樣就解決了5G使用頻段的緊缺問題，擴(kuò)展了頻率資源。

3.9 軟件定義的無線網(wǎng)絡(luò)

在5G推行商用的過程中，除了要解決自身技術(shù)問題，同時也要考慮目前正在使用的通信標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，如LTE、WImax、WLAN等大量的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，5G不能對這些技術(shù)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(wǎng)絡(luò)中引入了SDN 的思想概念，就是將控制系統(tǒng)從分布在廣大范圍內(nèi)的設(shè)備上提取出來，在邏輯上實(shí)現(xiàn)集中的控制，統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。集中的控制系統(tǒng)可以即時獲取、更新網(wǎng)絡(luò)信息，使異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)更多的是承載流量服務(wù)，而控制功能被大大減少，從而實(shí)現(xiàn)了對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的最大尺度兼容。

4 小結(jié)

世界各國都宣布將在2020年全面進(jìn)入5G時代，如何能夠在5G時代更好的搭建5G網(wǎng)絡(luò)，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(guān)注的課題，研究并了解5G技術(shù)的特點(diǎn)，對于做好通信工作具有總要意義。