【導讀】5G相比當今LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)將會產(chǎn)生巨大突破。因此，我們有必要研究一下有助于引領(lǐng)4G到5G轉(zhuǎn)變的五個關(guān)鍵領(lǐng)域。這五個領(lǐng)域中有四個將促使這一轉(zhuǎn)變通過被稱為LTE-Advanced Pro(4.5G)的中間階段過渡，這使得這場革命更具漸進色彩。
業(yè)界廣泛認為，5G移動通信直到2020或2021年才會提供，甚至即便到那時也不會廣泛提供。但是，隨著移動數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長（過去5年翻了18倍），可以預計5G將比以往更快地到來。思科（Cisco）預測，到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。
圖1：移動數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長。（來源：思科）
5G相比當今LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)將會產(chǎn)生巨大突破。因此，我們有必要研究一下有助于引領(lǐng)4G到5G轉(zhuǎn)變的五個關(guān)鍵領(lǐng)域。這五個領(lǐng)域中有四個將促使這一轉(zhuǎn)變通過被稱為LTE-Advanced Pro（4.5G）的中間階段過渡，這使得這場革命更具漸進色彩。
速度和饋送
在這個領(lǐng)域，接入技術(shù)將從LTE-Advanced的1Gbps增加到5G的每個小區(qū)20Gbps吞吐率/下行鏈路速率。達到這個速度需要從LTE-Advanced Pro開始經(jīng)歷多個階段。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32個載波）、高達16根天線的大規(guī)模MIMO（多入多出）和更高階的調(diào)制方案（如圖2所示的256 QAM）等多種技術(shù)，可以實現(xiàn)3Gbps速率。
圖2：256 QAM是5G將會采用的、用于提高數(shù)據(jù)速率的一種技術(shù)。
3Gbps的數(shù)據(jù)速率無需大改無線電技術(shù)即可實現(xiàn)。這是每家運營商利用其當前基礎(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)的幾家主要運營商都在未授權(quán)頻譜部署LTE（LTE-U），而AT＆T正在針對該事宜積極推行虛擬機方案。
為實現(xiàn)更高的吞吐率要求，授權(quán)載波頻譜不夠用。Wi-Fi（蜂窩通信的遠親）多年來一直在使用未授權(quán)頻譜。
我之所以將Wi-Fi稱為蜂窩通信的“遠親”，是因為它除了不受管制，還與授權(quán)運營商頻譜非常相似。Wi-Fi是免費的，因此直到最近，質(zhì)量基本上不是問題。運營商已經(jīng)開始推出熱點，盡可能將蜂窩流量卸載到Wi-Fi，因此給網(wǎng)絡(luò)帶來額外壓力。但是，Wi-Fi有很多非授權(quán)頻譜可以被LTE利用。
因為終端客戶和運營商并不會過分擔心這種“免費服務(wù)”的質(zhì)量，所以過去在住宅環(huán)境通?？梢越邮堋５谶^去幾年，由于Wi-Fi技術(shù)為獲得更好質(zhì)量和規(guī)范化接入進行的技術(shù)改進，這種心態(tài)已經(jīng)發(fā)生改變：
- 使用LDPC（低密度極性校驗碼）等極性碼進行糾錯。
- 更高階的QAM，即Wi-Fi目前可以實現(xiàn)256 QAM，且即將達到1024 QAM。
- 4×4 MIMO和多用戶MIMO，可增加吞吐率并與更多用戶同時工作。
將載波聚合的概念擴展到未授權(quán)載波（與Wi-Fi中使用的頻譜相同），將能為運營商提供更多選擇來增加小區(qū)帶寬。
對于當今未授權(quán)頻譜中的巨大頻譜資源，以及將要發(fā)布的新資源，除了要尋找方法來卸載數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，5G網(wǎng)絡(luò)還將要利用這一空間來實現(xiàn)超高速接入需求。
IoT設(shè)備
IoT設(shè)備提出了各種各樣的要求和挑戰(zhàn)。
- 毫無疑問，海量設(shè)備將對5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。
- IoT設(shè)備與傳統(tǒng)的蜂窩設(shè)備不同，其本質(zhì)上是非常零散的。許多IoT設(shè)備在發(fā)送少量字節(jié)數(shù)據(jù)之前長時間處于“睡眠”狀態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)需要對這些設(shè)備不頻繁卻重要的通信進行規(guī)劃。
- IoT設(shè)備還為各種安全威脅提供了可乘之機。許多這些設(shè)備可被用于傳播惡意軟件或?qū)W(wǎng)絡(luò)實施安全攻擊。
在處理智能手機等常規(guī)蜂窩設(shè)備的同時處理IoT設(shè)備，對于接入網(wǎng)和核心網(wǎng)來說是項艱巨任務(wù)。現(xiàn)在，從LTE網(wǎng)絡(luò)開始著手這項任務(wù)，將能夠在5G網(wǎng)絡(luò)到來時更平滑地實現(xiàn)過渡。例如，諾基亞、Sprint和Verizon只是今年開始測試5G的大牌公司中的幾個，而許多運營商聲稱它們“不久”也將開始測試5G網(wǎng)絡(luò)。
虛擬化：NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）和SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）
虛擬化在節(jié)省運營商成本、處理網(wǎng)絡(luò)靈活需求以及增加運營商選擇方面，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)合的強大需求（NFV見圖3）。
圖3：NFV基于其將傳輸?shù)念愋突驍?shù)據(jù)切分核心網(wǎng)。
許多運營商即將對其網(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)議（IP）。這意味著與數(shù)據(jù)中心虛擬化方式很類似，無線分組核心網(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的底層協(xié)議間的分割，目前正由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商（NEM）領(lǐng)域的行業(yè)決策者討論和決定。
為滿足不同用戶設(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，并將在部署5G網(wǎng)絡(luò)同時獲得助力。
NR：新空口
5G新空口尚未標準化，并將需要一種新的無線接入技術(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空氣收發(fā)數(shù)據(jù)的30GHz到300GHz之間的頻段。每個小區(qū)帶寬預計能到10-20Gbps之間，每個用戶有可能獲得1Gbps。像高端增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實這樣的應用就需要這種帶寬。
5G新空口是屬于真5G的一個領(lǐng)域。另外四個領(lǐng)域在LTE-Advanced Pro規(guī)范中都有確鑿起點，因此更具演進性。
在2017年移動世界大會之后，在克羅地亞杜布羅夫尼克舉行的第三代合作伙伴計劃（3GPP）大會上，業(yè)界一致推動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新空口方面所討論的兩件大事是：支持靈活的底層OFDM技術(shù)；支持大規(guī)模MIMO，從而實現(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)同時向不同用戶提供高寬帶視頻應用和低延遲關(guān)鍵任務(wù)應用等多種服務(wù)。3GPP討論了諸如基于可擴展參數(shù)集（numerology）的OFDM和可擴展傳輸時間間隔（TTI）——用戶獲得數(shù)據(jù)的時間間隔。
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)移的主要階段。
本文轉(zhuǎn)載自EDN電子技術(shù)設(shè)計。
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