趙麗

摘? ?要：基于新型網絡架構的5G關鍵技術包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網、全頻譜接入、新型多址以及新型的網絡架構。由此，5G主要應用于云VR/AR，AI化的遠程醫(yī)療、車聯網、智能化無線視頻監(jiān)控等場景。未來5G與各行業(yè)的深度融合，將帶來萬物互聯的新機遇。文章對此進行了研究。

關鍵詞：5G關鍵技術;應用場景;發(fā)展趨勢

2G萌生數據，3G催生數據，4G發(fā)展數據，4G移動互聯網的發(fā)展空前繁榮，就中國移動集團而言，基站規(guī)模208萬，用戶數7億，人口覆蓋12億，4G繁榮的同時推動著5G時代的到來。5G關注主要應用的能力指標：更高的用戶體驗速率，能夠達到GBPS量級;設備密度達到每平方千米600萬個，流量密度能夠達到20 Tbs每平方千米;端到端時延降低到毫秒級水平;移動性達到500 km/h。

1? ? 5G關鍵技術

5G關鍵技術包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網、全頻譜接入、新型多址以及新型的網絡架構。大規(guī)模天線陣列可以大幅提升系統(tǒng)頻譜效率;超密集組網以提升百倍量級的容量為目的，用增加基站的部署密度作為手段實現;新型多址技術通過發(fā)送信號的疊加傳輸來提升系統(tǒng)的接入能力，可以支撐千億級設備的連接需求;全頻譜接入技術可以滿足頻譜資源的需求;新型的網絡架構就是采用軟件定義網絡/網絡功能虛擬化（Software Defined Network/Network Function Virtualization，SDN＼NFV）和云計算等技術實現[1]。

1.1? SDN和NFV

網絡虛擬化的實現是通過SDN作為技術支持的，負責分離控制面和數據面，將網絡控制面整合于一體。這樣，網絡控制面對網絡數據面就有一個宏觀的、全面的視野。路由協(xié)議交換、路由表生成等路由功能均在統(tǒng)一的控制面完成，實現控制平面與數據平面分離，通過軟件化集中控制網絡資源。

通信網的一些私有的專用網元設備比較昂貴，NFV的目標就是用基于標準的服務器、存儲和交換設備，取代專用網元，通過IT虛擬化技術將網絡功能軟件化，來達到降低設備成本的目的。通過軟硬件解耦的方法實現網元的功能，NFV虛擬化的主要設備包括交換機、路由器、HLR，RNC，SGW，PGW，BARS和MME等，以實現網元功能配置的靈活性[2]。

1.2? 5G核心網整體網絡架構

服務化架構（Service-Based Architecture，SBA）是5G的重要特征，結合移動核心網的網絡特點和技術發(fā)展趨勢，將網絡按照“自包含、可重用、獨立管理”三原則，把網絡功能定義為若干個可重用的服務模塊。網絡功能間的交互由“服務”調用實現，每個網絡功能對外呈現通用的服務化接口，可被授權的網絡功能或服務調用。而傳統(tǒng)2G，3G，4G網絡架構采用的是“點對點”的架構，網元和網元之間的接口需預先定義和配置，靈活性不強。傳統(tǒng)3GPP的P2P架構和5G SBA服務化架構如圖1所示。

5G標準架構概覽（Service Based Architecture，SBA）：5G網絡架構優(yōu)越性體現在服務化、控制面板模塊化、用戶面歸一化、網絡切片、移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）支持和統(tǒng)一鑒權。通過功能解耦的模塊化設計、控制與承載分離、功能間以服務的方式進行調用等顛覆性的設計支持端到端切片以實現網絡的靈活性。

1.3? 5G網絡代表性服務能力

5G網絡服務能力最具代表性的是網絡切片和移動邊緣計算。

網絡功能虛擬化的關鍵特性就是網絡切片。5G業(yè)務在帶寬、時延、連接等要求上差異巨大，體現在對移動性、內容感知、高可靠、低時延、無縫覆蓋以及大帶寬等方面，所以網絡需要端到端（End to End，E2E）切片滿足不同業(yè)務差異化SLA需求。通過網絡切片分層，能夠按需求靈活地提供多種網絡服務。運營商通過切片管理的功能，結合虛擬化資源平臺，來提供專用的邏輯網絡。

MEC利用無線接入網就近提供用戶所需的服務和云端計算的功能，實現業(yè)務計算和數據緩存的能力，使數據存儲和計算的能力部署更靠近用戶的邊緣。MEC技術是避免移動承載網被管道化，使服務向信息化服務平臺跨越的關鍵性技術。MEC對無線網與業(yè)務進行融合，將傳統(tǒng)的無線基站升級為智能化基站，從而可提供定制化、個性化的精準服務。

2? ? 5G應用場景

5G主要應用場景可分為3大類：增強移動寬帶場景（Enhanced Mobile Broadband，eMBB），包括連續(xù)廣覆蓋，熱點高容量場景，具體應用于增強/虛擬現實;低時延高可靠場景（Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC），具體應用于車聯網;低功耗大連接場景（Massive Machine Type of Communication，mMTC），具體應用于海量物聯網。

2.1? 云VR/AR

虛擬現實（Virtual Reality，VR）與增強現實（Augmented Reality，AR）是一種變革性的技術，與云存儲、云計算相結合，利用云端的服務器處理數據和計算密集型的任務，從而有效地提高數據處理能力。云VR/AR將在很大程度上降低設備成本，擴大更多的受眾群體。連接到云端的各種人機界面將被使用，更多的交互方式（包括語音和觸摸等）將被引用。VR/AR對帶寬的需求是巨大的，所以它將成為未來移動網絡最有潛力的大流量數據業(yè)務，這些云服務的訪問速度將極大地依賴于5G網絡的發(fā)展程度。

2.2? AI化的遠程醫(yī)療

關于醫(yī)療的應用場景，除了遠程診斷，還包括醫(yī)療機器人和醫(yī)療認知計算，這些應用對連接提出了不間斷保障的要求（如生物遙測，基于VR的醫(yī)療培訓，救護車無人機，生物信息的實時數據傳輸等）。移動運營商可以積極與醫(yī)療行業(yè)伙伴合作，創(chuàng)建一個有利的生態(tài)系統(tǒng)，提供醫(yī)療物聯網（Internet of Medical Things，IoMT）連接和相關服務，如數據分析和云服務等，從而支持各種功能和服務的部署。

2.3? 車聯網

自動駕駛、遠控駕駛、編隊行駛以及車輛的生命周期維護，還有傳感器等都需要安全可靠、高帶寬和低時延的連接，這樣的需求只有通過5G技術能夠滿足。當E2E時延控制在10 ms以內時，在時速90 km下遠程緊急制動所產生的剎車距離不超過25 cm，這將推動車聯網產業(yè)的發(fā)展進程。另外，5G能夠通過為汽車和道路基礎設施提供大帶寬和低時延的網絡，提供高階道路感知和精確導航服務。通過車聯網，5G+無人駕駛，未來或許可以有效地解決即將面臨的物流難題。

2.4? 智能化無線視頻監(jiān)控

隨著云和移動邊緣計算的推出，電信云計算基礎設施可以支持更多的人工智能輔助監(jiān)控應用。攝像機則需要7×24 h不間斷地進行視頻采集以支持這些應用。攝像頭技術的發(fā)展，使得最新的視頻監(jiān)控攝像頭具有很多增強的特性，這些特性將產生大量的數據流量。這些新的需求必然會依賴5G的技術支持。5G時代的視頻監(jiān)控正在演變成4K全高清監(jiān)控。視頻系統(tǒng)對以下監(jiān)控場景非常有用：公共場所、商業(yè)領域、交通中心、高犯罪率地區(qū)、防洪、關鍵基礎設施等。

除了上述的幾種應用場景，5G技術還有更多的應用，例如超高清全景直播的社交網絡、支持專業(yè)巡檢和安防的聯網無人機、智慧能源和智能制造等。

3? ? 5G發(fā)展趨勢

從2016年關鍵技術驗證，到2017年外場樣機試驗（北京/上海/廣州/蘇州/寧波），到2018年規(guī)模試驗（20站/城市），再到2019年預商用試驗，面向2020年規(guī)模商用的5G試驗規(guī)劃已經基本實現。

通信行業(yè)的創(chuàng)新，無論是技術的創(chuàng)新還是應用的創(chuàng)新都來自外部。5G不再是單純的技術支持，更是一種社會生產力，需要面向各個行業(yè)，面臨更多的社會問題。相比4G的“修路”，5G則是“造城”，打造跨行業(yè)生態(tài)，包括通信、工業(yè)制造、智能車聯、增強/虛擬現實和物聯網等產業(yè)。

5G場景應用的實現需要更多的產業(yè)融合創(chuàng)新、資本的持續(xù)投入，因此，全面應用的爆發(fā)是需要時間的，時間的長短取決于需求的改變、技術的創(chuàng)新和資本的投入。對于社會來說，還會有可能改變法律。未來的前景很樂觀，但是爆發(fā)的時間一定會是一個漫長的過程。

“4G改變生活，5G改變社會”，5G與各行業(yè)深度融合，滲透到未來社會的各個領域，帶來萬物互聯的新機遇，致使各行業(yè)的繁榮，最終實現新連接、新應用、新產業(yè)、新生態(tài)。

[參考文獻]

[1]蔣雅麗.推進標準化建設中國移動加快“5G+”融合發(fā)展[J].通信世界，2019（5）：8-9.

[2]錢志鴻，王雪.面向5G通信網的D2D技術綜述[J].通信學報，2016（7）：1-14.

Research on the application and development of the key technology of 5G

Zhao Li

（China Mobile Tietong Co.， Ltd.， Shenyang Branch， Shenyang 110000， China）

Abstract：The key technologies of 5G based on new network architecture include large-scale antenna array， ultra-dense networking， full spectrum access， new multiple access and new network architecture. Therefore， 5G is mainly used in cloud VR/AR， AI-based telemedicine， vehicle networking， intelligent wireless video surveillance and other scenarios. The deep integration of 5G and other industries in the future will bring new opportunities for the interconnection of all things. This paper analyzes and studies it.

Key words：5G key technology; application scenario; development trend