补偿5G来到前的时日缺口,5G最大挑衅是什么

关于5G的发展从来都不缺乏潜在挑战,但是根据Light Reading最近的一份民意调查显示,约三分之一的受访人表示,在5G技术中用于支持海量流量的回传升级,将会是行业面临的最大挑战。

作为新一代移动通信技术,5G为我们带来了更高的数据速率与更低的延迟,甚至比4G快了100倍。在满足移动超高清视频、AR/VR等大流量应用的同时,更将开启万物互联、深度融合的发展新阶段。如果说3G提升了速度,4G改变了生活,那么5G则是改变社会。在大规模商用到来之前,这些5G关键技术你真的了解吗?

5G网络技术主要分为三类:核心网、回传和前传网络、无线接入网。

Ovum智能网络高级分析师Julian Bright表示,关于5G的行业意见正围绕着一组已定义的网络需求和运营商使用案例进行合并和统一,至少从目前业界关注的早期部署来看是这样的。

在这份针对500名读者的调查中,31%的人认为回传是5G面临的最大挑战,其次是“太多的财团试图影响标准的制定”。另外还有16%的人选择了“与4G/3G/2G网络的向后兼容性问题”,13%的人认为是“迎接挑战和多样化的性能目标”,9%的人选择了“是否适用于未来十年的网络”,8%的人选择了“确保5G网络是安全的”。

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关于5G战略在两个领域已经达成了广泛共识:第一,通过使用包括大规模MIMO、灵活的载波聚合、256QAM和LAA在内的技术,可以在5G预备阶段和推出之后实现累积的性能提升;第二,通过使用SDN/NFV和基于云的方法(如Cloud RAN),可以帮助打造一个可支持从低速率物联网到超高速移动宽带多样化用例的5G-ready网络架构。实现如此的关键将会是一种被称为网络切片的技术。

调查包括了以上所有选项,因为5G肯定会给运营商和供应商带来上述所有挑战甚至更多。部署一张新网络并不是一件容易的事情,即使其中的一些元素是由4G演进而来的。这就是为何有如此多的组织出现然后施加影响的原因所在,无论是好还是坏,一些读者都对此表示担忧。

我们说,5G网络技术主要分为核心网、回传和前传网络、无线接入网,但除了这些,还有很多其他的关键技术是你必须要了解的,比如软件定义网络,网络功能虚拟化,网络切片(Network Slicing),云无线接入网,认知无线电以及Small Cells等等。因此,在今天的文章中,我们将逐一为大家介绍这些相对生僻却又十分关键的5G技术。

核心网

挑战极限

回传被认为是最大的挑战其实不足为奇,因为它涉及所有其他的5G挑战,从安全到向后兼容性,从适应未来发展到满足性能目标。如果网络无法支持海量的数据,5G就不会带来那么多令人注目的使用案例。使回传变得更难的一个事实是,5G必须支持针对物联网的海量规模但却是突发性的数据,它对公共安全和自动驾驶汽车来说必须是可靠的,并且5G需要拥有极高的容量和针对视频的超高网速。并且,5G还需要跨越许多不同的频谱频段,涉及速度快但传播性较差的毫米微波频段,以及如今LTE网络运行在6GHz以下频段。不过,回程挑战并非没有解决方案。许多厂商已经在致力于通过构建更加密集的无线网络,并增加额外的回传链路使无线数据包传输得更加有效率,以此来应对新的复杂的5G回传环境。

在核心网中,其关键技术主要包括了软件定义网络、网络功能虚拟化、网络切片和多接入边缘计算。

核心网关键技术主要包括:网络功能虚拟化、软件定义网络、网络切片和多接入边缘计算。

在规模性能方面,韩国电信预计将在2018年在韩国平昌举行的冬奥会上,通过推出一张预商用的5G网络来挑战目前5G技术的极限。KT计划使用5G的技术能力——包括1毫秒时延和高达20Gbps的超高网速,以一种全新的方式来向观众展示运动比赛。KT表示,其创新的视频技术将提供运动员的观看视角,包括来自不同角度的“全方位视角”视频和运动员竞争对手的全息展现。

SDN也可能起到一定的作用,因为它使运营商能够更好地管理那些为每一个基站提供回传的传输网络。Freescale Semiconductor公司一名产品经理Jeff Steinheider在最近的一篇博文中写道,SDN将帮助运营商更好地管理其无线设备,从而使他们能够协调多种无线技术和供应商的5G技术无缝连接,以此来解决向后兼容性和面向未来的挑战。

软件定义网络

1 网络功能虚拟化

日本NTT DoCoMo表示,该运营商将为2020年在日本举行的夏季奥运会部署5G网络,并希望使用更高的频段和大规模MIMO,来实现大约10Gbps的数据吞吐量。目前NTT DoCoMo的试验已经在进行中,并且2017/18年将转向更大规模的试验,从而对系统行为进行验证。在2020年推出5G网络后,该公司表示将会不断提升5G系统性能。

对于那些努力应对不断增加的数据流量的无线运营商来说,回传几乎一直是一项挑战,不管我们是在谈论Small cell或是2G/3G/4G网络。这只会在5G发展中被放大,但这也是目前行业正在应对挑战的原因之一——仍旧需要提前几年进行商业部署。

软件定义网络,是我们最常听到的一个词汇,它是一种将网络基础设施层与控制层分离的网络设计方案。

NFV,就是通过IT虚拟化技术将网络功能软件化,并运行于通用硬件设备之上,以替代传统专用网络硬件设备。NFV将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上,以实现配置灵活性、可扩展性和移动性,并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。

另一方面,欧洲运营商们则似乎并不打算在5G的早期部署中使用更高的频段。沃达丰和Orange都已经表示,他们正在寻找能够提供广域覆盖的频段,并打算最大限度地利用目前可用的授权频段。因此,沃达丰认为,近几年欧洲运营商的关注点将会是在较低的频段上。

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各大厂商展示5G解决方案

SDN将网络控制面解耦至通用硬件设备上,并通过软件化集中控制网络资源。控制层通常由SDN控制器实现,基础设施层通常被认为是交换机,SDN通过南向API(比如OpenFLow)连接SDN控制器和交换机,通过北向API连接SDN控制器和应用程序。

NFV要虚拟化的网络设备主要包括:交换机(比如Open vSwitch)、路由器、HLR、SGSN、GGSN、CGSN、RNC、SGW、PGW、RGW、BRAS(宽带远程接入服务器)、CGNAT(运营商级网络地址转换器)、DPI、PE路由器、MME等。

许多设备厂商都把他们的策略重点放在了网络从4G向5G的演进上,爱立信、华为和诺基亚都在强调LTE-Advanced Pro这样的pre-5G技术作为向5G演进的跳板的重要性,但是他们对于如何管理这个过程的侧重点却是不同的。与此同时,所有这些厂商都在报告旨在支持不同用例的技术试验和概念验证的进程。

因此,SDN可以实现集中管理,提升设计的灵活性,此外还能引入开源工具,具备降低CAPEX和OPEX以及激发创新的优势。

NFV独立于SDN,可单独使用或与SDN结合使用。

·爱立信

网络切片(Network Slicing)

2 软件定义网络

爱立信展示了其最新版本的具有波束赋形和大规模MIMO能力的5G测试平台,并表示已使用15MHz的带宽实现了25Gbps的速度。该供应商已经将其测试平台转移到了现场测试,目前已经被用于其客户网络当中。

简单来说,5G切片就是将5G网络切出多张虚拟网络,从而支持更多业务。

软件定义网络,是一种将网络基础设施层与控制层分离的网络设计方案。网络基础设施层与控制层通过标准接口连接,比如OpenFLow(首个用于互连数据和控制面的开放协议)。

爱立信提供了其Lean Carrier技术,一种对4G网络的软件升级——作为向5G演进的跳板,并声称通过采用一些软件“插件”来提升4G性能,这些软件“插件”充分利用了针对5G进行开发的技术,包括大规模MIMO、多用户MIMO、RAN虚拟化、降低延迟和智能连接。

众所周知,5G网络将面向例如超高清视频、VR、大规模物联网、车联网等不同的应用场景。不同场景,对网络的移动性、安全性、时延、可靠性,甚至是计费方式的要求也是不一样的。因此,需要将一张物理网络分成多个虚拟网络,每个虚拟网络面向不同的应用场景需求。虚拟网络间是逻辑独立的,互不影响。

SDN将网络控制面解耦至通用硬件设备上,并通过软件化集中控制网络资源。控制层通常由SDN控制器实现,基础设施层通常被认为是交换机,SDN通过南向API(比如OpenFLow)连接SDN控制器和交换机,通过北向API连接SDN控制器和应用程序。

爱立信在北美和亚洲的运营商现场试验中采用了这些原型技术,并且在最近展示了针对智能汽车和智能交通应用的技术。

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·华为

网络切片的优势在于,其能让网络运营商自己选择每个切片所需的特性,例如低延迟、高吞吐量、连接密度、频谱效率、流量容量和网络效率,这些有助于提高创建产品和服务方面的效率,提升客户体验。不仅如此,运营商无需考虑网络其余部分的影响就可进行切片更改和添加,既节省了时间又降低了成本支出,也就是说,网络切片可以带来更好的成本效益。

SDN可实现集中管理,提升了设计灵活性,还可引入开源工具,具备降低CAPEX和OPEX以及激发创新的优势。

华为指出,4.5G将将在未来很长一段时间内与5G共存。在华为看来,向5G的过渡除了推动提升速度和容量外,还应该侧重于提供具有高清语音和高清视频等增强功能的用户体验的改善,以及提供更多的连接以支持进入垂直市场和物联网,同时还需要重新定义网络架构来提供更大的灵活性。

当然,要在实现NFV与SDN之后才能实现网络切片,不同的切片依靠NFV和SDN通过共享的物理/虚拟资源池来创建。此外,网络切片还包含MEC资源和功能。

3 网络切片(Network Slicing)

华为表示,打造5G-ready网络需要的三大支柱分别为云架构、新空口和智能运行。华为认为,Cloud RAN将会是提供5G和物联网服务的一个重要功能,并且该公司主张以LTE为起始,分阶段进行实施,从而为5G做好充分准备。

网络功能虚拟化

5G网络将面向不同的应用场景,比如,超高清视频、VR、大规模物联网、车联网等,不同的场景对网络的移动性、安全性、时延、可靠性,甚至是计费方式的要求是不一样的,因此,需要将一张物理网络分成多个虚拟网络,每个虚拟网络面向不同的应用场景需求。虚拟网络间是逻辑独立的,互不影响。

华为表示,在最近与NTT DoCoMo合作的一次大规模现场试验中,两家公司使用6GHz以下频段实现了3.6Gbps的数据传输速度,而在实验室条件下华为在5G试验中实现了超过70Gbps的速度。

网络功能虚拟化,即通过IT虚拟化技术将网络功能软件化,并运行于通用硬件设备之上,以替代传统专用网络硬件设备,它将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上,以实现配置灵活性、可扩展性和移动性,并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。

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NFV要虚拟化的网络设备主要包括交换机(比如Open vSwitch)、路由器、HLR、SGSN、GGSN、CGSN、RNC、SGW、PGW、RGW、BRAS(宽带远程接入服务器)、CGNAT(运营商级网络地址转换器)、DPI、PE路由器、MME等等。需要说明的是,NFV独立于SDN,可单独使用或与SDN结合使用。

只有实现NFV/SDN之后,才能实现网络切片,不同的切片依靠NFV和SDN通过共享的物理/虚拟资源池来创建。网络切片还包含MEC资源和功能。

多接入边缘计算

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接着,再来讲讲多接入边缘计算。它被大众熟知的叫法是移动边缘计算,是一种网络架构,为网络运营商和服务提供商提供云计算能力以及网络边缘的IT服务环境,位于网络边缘的、基于云的IT计算和存储环境,它使数据存储和计算能力部署于更靠近用户的边缘,从而降低了网络时延,可更好的提供低时延、高宽带应用。

4 多接入边缘计算

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多接入边缘计算,就是位于网络边缘的、基于云的IT计算和存储环境。它使数据存储和计算能力部署于更靠近用户的边缘,从而降低了网络时延,可更好的提供低时延、高宽带应用。

MEC背后的逻辑非常简单,离源数据处理、分析和存储越远,所经历的延迟越高。MEC可通过开放生态系统引入新应用,从而帮助运营商提供更丰富的增值服务,比如数据分析、定位服务、AR和数据缓存等。MEC最明显的好处是,允许网络运营商和服务提供商减少服务中的延迟,以便提升整体客户体验,同时引入新的高带宽服务,而不会出现前面提到的延迟问题。

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前传(Fronthaul)和回传技术

MEC可通过开放生态系统引入新应用,从而帮助运营商提供更丰富的增值服务,比如数据分析、定位服务、AR和数据缓存等。

前传,指的是BBU池连接拉远RRU部分,其链路容量主要取决于无线空口速率和MIMO天线数量,4G前传链路采用CPRI协议;到了5G,由于其无线速率大幅提升、MIMO天线数量成倍增加,CPRI无法满足5G的前传容量和时延需求。为此标准组织正积极研究和制定新的前传技术,包括将一些处理能力从BBU下沉到RRU单元,以减小时延和前传容量等。

前传和回传

回传,指的则是无线接入网连接到核心网的部分,光纤是回传网络的理想选择,但在光纤难以部署或部署成本过高的环境下,无线回传是替代方案,像点对点微波、毫米波回传等。此外,无线Mesh网络也是5G回传的一个选项,在R16里,5G无线本身将被设计为无线回传技术,即IAB(5G NR集成无线接入和回传)。

5 前传和回传技术

云无线接入网

回传指无线接入网连接到核心网的部分,光纤是回传网络的理想选择,但在光纤难以部署或部署成本过高的环境下,无线回传是替代方案,比如点对点微波、毫米波回传等,此外,无线mesh网络也是5G回传的一个选项,在R16里,5G无线本身将被设计为无线回传技术,即IAB(5G NR集成无线接入和回传)。

我们说,为了提升容量、频谱效率、降低时延、提升能效,以满足5G关键KPI,5G无线接入网包含的关键技术包括了云无线接入网、SDR、CR、Small Cells、自组织网络、D2D通信、Massive MIMO、毫米波、高级调制和接入技术、带内全双工、载波聚合、低时延和低功耗技术等,我们挑了几个重点为大家讲解。

前传(Fronthaul)指BBU池连接拉远RRU部分,如C-RAN章节所述。前传链路容量主要取决于无线空口速率和MIMO天线数量,4G前传链路采用CPRI协议,但由于5G无线速率大幅提升、MIMO天线数量成倍增加,CPRI无法满足5G时代的前传容量和时延需求,为此,标准组织正在积极研究和制定新的前传技术,包括将一些处理能力从BBU下沉到RRU单元,以减小时延和前传容量等。

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无线接入网

云无线接入网,其将无线接入的网络功能软件化为虚拟化功能并部署于标准的云环境中,C-RAN这个概念由集中式RAN发展而来,旨在提升设计灵活性和计算可扩展性,提升能效和减少集成成本。在C-RAN构架下,BBU功能是虚拟化、集中化以及池化部署,RRU与天线分布式部署,RRU通过前传网络连接BBU池,BBU池可共享资源、灵活分配处理来自各个RRU的信号。

为了提升容量、频谱效率,降低时延,提升能效,以满足5G关键KPI,5G无线接入网包含的关键技术包括:C-RAN、SDR、CR、Small Cells、自组织网络、D2D通信、Massive MIMO、毫米波、高级调制和接入技术、带内全双工、载波聚合、低时延和低功耗技术等。

云无线接入网的优势在于,它能提升计算效率和能效,易于实现CoMP、多RAT、动态小区配置等更先进的联合优化方案,但C-RAN的挑战是前传网络设计和部署的复杂性。

6 云无线接入网

软件定义无线电

云无线接入网,将无线接入的网络功能软件化为虚拟化功能,并部署于标准的云环境中。C-RAN概念由集中式RAN发展而来,目标是为了提升设计灵活性和计算可扩展性,提升能效和减少集成成本。在C-RAN构架下,BBU功能是虚拟化的,且集中化、池化部署,RRU与天线分布式部署,RRU通过前传网络连接BBU池, BBU池可共享资源、灵活分配处理来自各个RRU的信号。

再来说说软件定义无线电,其能实现部分或全部物理层功能在软件中定义。这里需要注意软件定义无线电和软件控制无线电的区别,后者仅指物理层功能由软件控制;在SDR中,我们可以实现调制、解调、滤波、信道增益和频率选择等一些传统的物理层功能,这些软件计算可在通用芯片、GPU、DSP、FPGA和其他专用处理芯片上完成。

C-RAN的优势是,可以提升计算效率和能效,易于实现CoMP、多RAT、动态小区配置等更先进的联合优化方案,但C-RAN的挑战是前传网络设计和部署的复杂性。

认知无线电

7 软件定义无线电

那么,认知无线电指的又是什么呢?CR可通过了解无线内部和外部环境状态实时做出行为决策。此外,SDR被认为是CR的使能技术,但CR包括和可使能多种技术应用,比如动态频谱接入、自组织网络、认知无线电抗干扰系统、认知网关、认知路由、实时频谱管理、协作MIMO等。

软件定义无线电,可实现部分或全部物理层功能在软件中定义。需要注意软件定义无线电和软件控制无线电的区别,后者仅指物理层功能由软件控制。

小基站(Small Cells)

在SDR中可实现调制、解调、滤波、信道增益和频率选择等一些传统的物理层功能,这些软件计算可在通用芯片、GPU、DSP、FPGA和其他专用处理芯片上完成。

相较于传统宏基站,小基站(Small Cells)的发射功率更低,因此覆盖范围更小,一般情况下可覆盖10米到几百米的范围。Small Cells通常根据覆盖范围的大小依次分为微蜂窝、Picocell和家庭Femtocell。

8 认知无线电

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认知无线电,通过了解无线内部和外部环境状态实时做出行为决策。SDR被认为是CR的使能技术,但CR包括和可使能多种技术应用,比如动态频谱接入、自组织网络、认知无线电抗干扰系统、认知网关、认知路由、实时频谱管理、协作MIMO等。

小基站(Small Cells)旨在不断补充宏站的覆盖盲点和容量,以更低成本的方式提高网络服务质量。考虑5G无线频段越来越高,未来还将部署5G毫米波频段,无线信号频段更高,覆盖范围越小,加之未来多场景下的用户流量需求不断攀升。到了后5G时代,大量部署小基站将是大势所趋,这些小基站将与宏站组成超级密集的混合异构网络,而这也将为网络管理、频率干扰等带来前所未有的复杂性挑战。

9 Small Cells

设备到设备通信

Small Cells,就是小基站,相较于传统宏基站,Small Cells的发射功率更低,覆盖范围更小,通常覆盖10米到几百米的范围,通常Small Cells根据覆盖范围的大小依次分为微蜂窝、Picocell和家庭Femtocell。

设备到设备通信,是指数据传输不通过基站,而是允许一个移动终端设备与另一个移动终端设备直接通信。D2D源于4G时代,被称为LTE Proximity Services 技术,是一种基于3GPP通信系统的近距离通信技术,主要包括直连发现功能,即终端发现周围有可以直连的终端,和直连通信,与周围的终端进行数据交互两大功能。

Small Cells的使命是不断补充宏站的覆盖盲点和容量,以更低成本的方式提高网络服务质量。考虑5G无线频段越来越高,未来还将部署5G毫米波频段,无线信号频段更高,覆盖范围越小,加之未来多场景下的用户流量需求不断攀升,后5G时代必将部署大量Small Cells,这些Small Cells将与宏站组成超级密集的混合异构网络,这将为网络管理、频率干扰等带来空前的复杂性挑战。

4G时代,D2D主要应用于公共安全领域,而到了5G时代,由于车联网、自动驾驶、可穿戴设备等物联网应用将大量兴起,D2D通信的应用范围也将随之扩大,当然也会面临安全和资源分配公平性挑战。

10 自组织网络

毫米波

自组织网络,指可自动协调相邻小区、自动配置和自优化的网络,以减少网络干扰,提升网络运行效率。

说到毫米波想必各位都不会陌生,经常在介绍5G技术的文章中被提及。毫米波指RF频率在30GHz和300GHz之间的无线电波,波长范围从1mm到10mm。5G与2/3/4G最大的区别之一是引入了毫米波。毫米波的缺点是传播损耗大,穿透能力弱,毫米波的优点是带宽大、速率高,Massive MIMO天线体积小,因此适合Small Cells、室内、固定无线和回传等场景部署。

SON并不是新鲜概念,早在3G时代就提出,但进入5G时代,SON将是一项至关重要的技术。如上所述,5G时代网络致密化给网络干扰和管理提出了空前的复杂性挑战,更需要SON来最小化网络干扰和管理,但即便是SON恐怕也难以应付超级密集的5G网络,因此,还需要上文提到的CR技术来帮忙。

低时延技术

11 设备到设备通信

为了满足像如自动驾驶、远程控制等5G URLLC场景,低时延是5G关技术之一。为了降低网络数据包传输时延,5G主要从无线空口和有线回传两方面来实现。在无线空口侧,5G主要通过缩短TTI时长、增强调度算法等来减低空口时延;在有线回传方面,通过MEC部署,使数据和计算更接近用户侧,从而减少网络回传带来的物理时延。

设备到设备通信,指数据传输不通过基站,而是允许一个移动终端设备与另一个移动终端设备直接通信。D2D源于4G时代,被称为LTE Proximity Services 技术,是一种基于3GPP通信系统的近距离通信技术,主要包括两大功能:

?Direct discovery,直连发现功能,终端发现周围有可以直连的终端;

?Direct communication,直连通信,与周围的终端进行数据交互。

在4G时代D2D通信主要仅应用于公共安全领域,进入5G时代,由于车联网、自动驾驶、可穿戴设备等物联网应用将大量兴起,D2D通信的应用范围必将大大扩展,但会面临安全性和资源分配公平性挑战。

13 Massive MIMO

要提升无线网速,主要的办法之一是采用多天线技术,即在基站和终端侧采用多个天线,组成MIMO系统。MIMO系统被描述为M×N,其中M是发射天线的数量,N是接收天线的数量(比如4×2 MIMO)。

如果MIMO系统仅用于增加一个用户的速率,即占用相同时频资源的多个并行的数据流发给同一个用户,称之为单用户MIMO;如果MIMO系统用于多个用户,多个终端同时使用相同的时频资源进行传输,称之为多用户MIMO,MU-MIMO可大幅提升频谱效率。

多天线还应用于波束赋形技术,即通过调整每个天线的幅度和相位,赋予天线辐射图特定的形状和方向,使无线信号能量集中于更窄的波束上,并实现方向可控,从而增强覆盖范围和减少干扰。

Massive MIMO就是采用更大规模数量的天线,目前5G主要采用的64x64 MIMO。Massive MIMO可提升大幅无线容量和覆盖范围,但面临信道估计准确性(尤其是高速移动场景)、多终端同步、功耗和信号处理的计算复杂性等挑战。

14 毫米波

毫米波,指RF频率在30GHz和300GHz之间的无线电波,波长范围从1mm到10mm。5G与2/3/4G最大的区别之一是引入了毫米波。毫米波的缺点是传播损耗大,穿透能力弱,毫米波的优点是带宽大、速率高,Massive MIMO天线体积小,因此适合Small Cells、室内、固定无线和回传等场景部署。

15 波形和多址接入技术

4G时代采用OFDM技术,OFDM具有减少小区间干扰、抗多径干扰、可降低发射机和接收机的实现复杂度,以及与多天线MIMO技术兼容等优点。但到了5G时代,由于定义了增强型移动宽带、大规模机器类型通信和超可靠低延迟通信三大应用场景,这些场景不但要考虑抗多径干扰、与MIMO的兼容性等问题,还对频谱效率、系统吞吐量、延迟、可靠性、可同时接入的终端数量、信令开销、实现复杂度等提出了新的要求。为此,5G R15使用了CP-OFDM波形并能适配灵活可变的参数集,以灵活支持不同的子载波间隔,复用不同等级和时延的5G业务。对于5G mMTC场景,由于正交多址可能无法满足其所需的连接密度,非正交多址方案成为广泛讨论的对象。

16 带内全双工

带内全双工,可能是5G时代最希望得到突破的技术之一。不管是FDD还是TDD都不是全双工,因为都不能实现在同一频率信道下同时进行发射和接收信号,而带内全双工则可以在相同的频段中实现同时发送和接收,这与半双工方案相比可以将传输速率提高两倍。

不过,带内全双工会带来强大的自干扰,要实现这一技术关键是要消除自干扰,但值得一提的是,自干扰消除技术在不断进步,最新的一些研究和实验结果已让业界看到了希望,但最大的挑战是实现复杂度和成本太高。

17 载波聚合和双连接技术

载波聚合,通过组合多个独立的载波信道来提升带宽,来实现提升数据速率和容量。载波聚合分为带内连续、带内非连续和带间不连续三种组合方式,实现复杂度依次增加。

载波聚合已在4G LTE中采用,并且将成为5G的关键技术之一。5G物理层可支持聚合多达16个载波,以实现更高速传输。

双连接,就是手机在连接态下可同时使用至少两个不同基站的无线资源。双连接引入了”分流承载“的概念,即在PDCP层将数据分流到两个基站,主站用户面的PDCP层负责PDU编号、主从站之间的数据分流和聚合等功能。

双连接不同于载波聚合,主要表现在数据分流和聚合所在的层不一样。

未来,4G与5G将长期共存,4G无线接入网与5G NR的双连接、5G NR与4G无线接入网的双连接、5G核心网下的4G无线接入网与5G NR的双连接、5G NR与5G NR的双连接等不同的双连接形式将在5G网络演进中长期存在。

18 低时延技术

为了满足5G URLLC场景,比如自动驾驶、远程控制等应用,低时延是5G关键技术之一。为了降低网络数据包传输时延,5G主要从无线空口和有线回传两方面来实现。在无线空口侧,5G主要通过缩短TTI时长、增强调度算法等来减低空口时延;在有线回传方面,通过MEC部署,使数据和计算更接近用户侧,从而减少网络回传带来的物理时延。

19 低功耗广域网络技术

mMTC是5G的一大场景,5G的目标是万物互联,考虑未来物联网设备数量指数级增长,LPWA技术在5G时代至关重要。

一些LPWA技术正在广泛部署,比如LTE-M(也称为CAT-M1)、NB-IoT、Lora、Sigfox等,功耗低、覆盖广、成本低和连接数量大,是这些技术共有的特点,但这些技术特点之间本身是相互矛盾的:一方面,我们通过降低功耗的办法,比如让物联网终端发送完数据后就进入休眠状态,比如缩小覆盖范围,来延长电池寿命;另一方面,我们又不得不增加每bit的传输功率和降低数据速率来增强覆盖范围,因此,根据不同的应用场景权衡利弊,在这些矛盾中寻求最佳的平衡点,是LPWA技术的长期课题。

在4G时代已定义了NB-IoT和LTE-M两大蜂窝物联网技术,NB-IoT和LTE-M将继续从4G R13、R14一路演进到5G R15、R16、R17,它们属于未来5G mMTC场景,是5G万物互联的重要组成部分。

20 卫星通信

卫星通信接入已被纳入5G标准。与2/3/4G网络相比,5G是“网络的网络”,卫星通信将整合到5G构架中,以实现由卫星、地面无线和其他电信基础设施组成天地一体的无缝互联网络,未来5G流量将根据带宽、时延、网络环境和应用需求等在无缝互联的网络中动态流动。

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