業(yè)界廣泛認(rèn)為，5G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)直到2020或2021年才會(huì)提供，甚至即使到那時(shí)也不會(huì)是廣泛提供。但是，隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長(zhǎng)(過(guò)去5年成長(zhǎng)了18倍)，因此可以預(yù)計(jì)5G將比以往更快地到來(lái)。

預(yù)測(cè)顯示，2021年，5G連接將比一般的4G連接產(chǎn)生多4.7倍的流量，圖1顯示了這種增長(zhǎng)。

圖1 移動(dòng)數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長(zhǎng)。 (數(shù)據(jù)源：思科)

5G與當(dāng)今LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)相比將會(huì)產(chǎn)生巨大突破，因此，有必要研究有助于引領(lǐng)4G到5G轉(zhuǎn)變的五個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。這五個(gè)領(lǐng)域中有四個(gè)將促使這一轉(zhuǎn)變透過(guò)被稱為L(zhǎng)TE-Advanced Pro(4.5G)的中間階段過(guò)渡，使得這場(chǎng)革命更具漸進(jìn)色彩。

速度和饋送

在這個(gè)領(lǐng)域，接入技術(shù)將從LTE-Advanced的1Gbps增加到5G每個(gè)區(qū)域20Gbps吞吐率/下行鏈路速率。達(dá)到這個(gè)速度需要從LTE-Advanced Pro開始經(jīng)歷多個(gè)階段。LTE-Advanced Pro已在目前的規(guī)范中有所定義，它使用載波聚合(多達(dá)32個(gè)載波)、高達(dá)16根天線的大規(guī)模多重輸入多重輸出(MIMO)和更高階的調(diào)變方案(如圖2所示的256QAM)等多種技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)3Gbps速率。

3Gbps的數(shù)據(jù)速率無(wú)需大改無(wú)線電技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。這是每家營(yíng)運(yùn)商利用其當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施并提前布局5G所必須采取的中間階段。

未授權(quán)頻譜使用

目前，包括T-Mobile和Verizon在內(nèi)的幾家主要營(yíng)運(yùn)商都在未授權(quán)頻譜部署LTE(LTE-U)，而AT&T正在針對(duì)該事宜積極推行虛擬機(jī)方案。

為實(shí)現(xiàn)更高的吞吐率要求，授權(quán)載波頻譜不夠用，因此Wi-Fi多年來(lái)一直在使用未授權(quán)頻譜。之所以將Wi-Fi作為蜂巢通訊的“遠(yuǎn)親”，是因?yàn)樗瞬皇芄苤疲€與需授權(quán)的營(yíng)運(yùn)商頻譜非常相似，且Wi-Fi是免費(fèi)的，因此直到最近，基本上質(zhì)量不是問(wèn)題。營(yíng)運(yùn)商已經(jīng)開始推出熱點(diǎn)，盡可能將蜂巢流量卸除到Wi-Fi，因此給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)額外壓力。但是，Wi-Fi有很多非授權(quán)頻譜可以被LTE利用。

因?yàn)榻K端客戶和營(yíng)運(yùn)商并不會(huì)過(guò)分擔(dān)心這種“免費(fèi)服務(wù)”的質(zhì)量，所以過(guò)去在住宅環(huán)境通常可以接受。但在過(guò)去幾年，由于Wi-Fi技術(shù)為獲得更好質(zhì)量和規(guī)范化接入進(jìn)行的技術(shù)改進(jìn)，這種心態(tài)已經(jīng)發(fā)生改變：

• 使用低密度極性校驗(yàn)碼(LDPC)等極性碼進(jìn)行糾錯(cuò);
• 更高階的QAM，即Wi-Fi目前可以實(shí)現(xiàn)256QAM，且即將達(dá)到1,024QAM;
• 4×4 MIMO和多用戶MIMO，可增加吞吐率并與更多用戶同時(shí)工作。

圖2 256QAM是5G將用于提高數(shù)據(jù)速率的一種技術(shù)。

將載波聚合的概念擴(kuò)展到未授權(quán)載波(與Wi-Fi中使用的頻譜相同)，將能為營(yíng)運(yùn)商提供更多選擇來(lái)增加小區(qū)帶寬。

對(duì)于當(dāng)今未授權(quán)頻譜中的巨大頻譜資源，以及將要發(fā)布的新資源，除了要尋找方法來(lái)卸除數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備，5G網(wǎng)絡(luò)還將要利用這一空間來(lái)實(shí)現(xiàn)超高速接入需求。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提出了各種各樣的要求和挑戰(zhàn)：

• 毫無(wú)疑問(wèn)，海量設(shè)備將對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成巨大挑戰(zhàn);
• IoT設(shè)備與傳統(tǒng)的蜂巢設(shè)備不同，其本質(zhì)上非常零散。許多IoT設(shè)備在發(fā)送少量字節(jié)數(shù)據(jù)之前長(zhǎng)時(shí)間處于「休眠」?fàn)顟B(tài)，5G網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)這些設(shè)備不頻繁卻重要的通訊進(jìn)行規(guī)劃;
• IoT設(shè)備還為各種安全威脅提供了可乘之機(jī)。許多這些設(shè)備可被用于傳播惡意軟件或?qū)W(wǎng)絡(luò)實(shí)施安全攻擊。

在處理智能手機(jī)等常規(guī)蜂巢設(shè)備的同時(shí)處理IoT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對(duì)于接入網(wǎng)和核心網(wǎng)來(lái)說(shuō)是項(xiàng)艱巨任務(wù)。現(xiàn)在，從LTE網(wǎng)絡(luò)開始著手這項(xiàng)任務(wù)，將能夠在5G網(wǎng)絡(luò)到來(lái)時(shí)實(shí)現(xiàn)更平滑地過(guò)渡。例如，諾基亞(Nokia)、Sprint和Verizon只是今年開始測(cè)試5G的大公司中的幾家，而許多營(yíng)運(yùn)商聲稱它們“不久”開始測(cè)試5G網(wǎng)絡(luò)。

虛擬化：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)

虛擬化在節(jié)省營(yíng)運(yùn)商成本、處理網(wǎng)絡(luò)靈活需求，以及增加營(yíng)運(yùn)商選擇方面，好處非常明顯。5G網(wǎng)絡(luò)由于所涉范圍兩端的極端需求(包括偶爾發(fā)送幾個(gè)字節(jié)，以及不同用例數(shù)據(jù)量大幅增加)，創(chuàng)造了與虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能相結(jié)合的強(qiáng)大需求(圖3)。

圖3 NFV基于其將傳輸?shù)念愋突驍?shù)據(jù)切分核心網(wǎng)。

許多營(yíng)運(yùn)商即將對(duì)其網(wǎng)絡(luò)——特別是分組核心網(wǎng)——采用虛擬化技術(shù)。分組核心網(wǎng)側(cè)全部是基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)定(IP)。這意味著與數(shù)據(jù)中心虛擬化方式很類似，無(wú)線分組核心網(wǎng)側(cè)(從3NodeB到互聯(lián)網(wǎng))也都可以虛擬化。

即使在接入側(cè)，關(guān)于哪些留在邊緣和哪些移入中心核心底層協(xié)議間的分割，目前正由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商(NEM)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)決策者討論和決定。為滿足不同使用者設(shè)備需求，業(yè)界現(xiàn)在已開始向虛擬化和網(wǎng)絡(luò)切分邁進(jìn)，并將在部署5G網(wǎng)絡(luò)同時(shí)獲得助力。

新空中界面(NR)

5G新空中接口尚未標(biāo)準(zhǔn)化，并將需要一種新的無(wú)線接入技術(shù)，而將速度提高到20Gbps。它需要使用新的毫米波(mmWave)頻段，即能夠以非常高的速度通過(guò)空氣收發(fā)數(shù)據(jù)的30G~300GHz之間的頻段。每個(gè)小區(qū)帶寬預(yù)計(jì)能到10~20Gbps之間，每個(gè)用戶有可能獲得1Gbps，如高階增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)/虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)這樣的應(yīng)用就需要這種帶寬。

5G新空中界面是屬于真5G的一個(gè)領(lǐng)域。另外四個(gè)領(lǐng)域在LTE-Advanced Pro規(guī)范中都有確鑿起點(diǎn)，因此更具演進(jìn)性。

在2017年世界移動(dòng)通訊大會(huì)(MWC)之后，在克羅埃西亞(Croatia)杜布羅夫尼克(Dubrovnik)舉行的第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)大會(huì)上，業(yè)界一致推動(dòng)5G規(guī)范的發(fā)布，并將部分規(guī)范的發(fā)布日期從2018年6月提前到2017年底。

5G新空中接口所討論的兩件大事是：支持靈活的底層OFDM技術(shù)，以及支持大規(guī)模MIMO，從而實(shí)現(xiàn)毫米波頻譜使用。

這種靈活的底層OFDM技術(shù)可以在同一小區(qū)內(nèi)同時(shí)向不同用戶提供高寬帶視訊應(yīng)用和低延遲關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用等多種服務(wù)。3GPP討論了諸如基于可擴(kuò)展參數(shù)集(numerology)的OFDM和可擴(kuò)展傳輸時(shí)間間隔(TTI)——用戶獲得數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。

雖然向5G的大規(guī)模轉(zhuǎn)移仍處于早期階段，但上述領(lǐng)域?qū)⑹且I(lǐng)我們邁向這一轉(zhuǎn)變的主要關(guān)鍵。