建設(shè)5G的五項(xiàng)技術(shù)

5G 被廣泛認(rèn)為是一種移動技術(shù)，可能要到 2020 年或 2021 年才能使用，即便如此，也不會廣泛使用。但是，隨著移動數(shù)據(jù)流量的持續(xù)增長(過去 5 年增長了 18 倍)，我們正朝著比以往更快的 5G 速度邁進(jìn)。思科預(yù)測，到 2021 年，5G 連接產(chǎn)生的流量將是平均 4G 連接的 4.7 倍。

5G 將是當(dāng)今 LTE-Advanced 網(wǎng)絡(luò)的巨大飛躍。因此，有必要研究有助于引導(dǎo)從 4G 遷移到 5G 的五個關(guān)鍵領(lǐng)域。五個領(lǐng)域中的四個通過稱為LTE-Advanced Pro (4.5G)的中間步驟實(shí)現(xiàn)了這一轉(zhuǎn)變，這使革命更像是一種進(jìn)化。

5G速度

該領(lǐng)域是接入技術(shù)從 LTE-Advanced 中的 1 Gbps 增加到 5G 中每個小區(qū)的 20 Gbps 吞吐量/下行鏈路速度的領(lǐng)域。達(dá)到這個速度需要從 LTE-Advanced Pro 開始的多個步驟，它在今天的規(guī)范中定義，并且可以使用載波聚合(最多 32 個載波)、大規(guī)模 MIMO(多輸入、多輸出)的組合擴(kuò)展到 3 Gbps多達(dá) 16 根天線，以及更高的調(diào)制方案，例如 256 QAM。

無需檢修無線電技術(shù)即可實(shí)現(xiàn) 3 Gbps 的數(shù)據(jù)速率。這是每個運(yùn)營商都必須采取的中間步驟，以利用其當(dāng)前的基礎(chǔ)設(shè)施并為 5G 做準(zhǔn)備。

包括 T-Mobile 和 Verizon 在內(nèi)的幾家主要運(yùn)營商現(xiàn)在已經(jīng)

在未授權(quán)頻率 ( LTE-U ) 中使用未授權(quán)頻譜LTE，而 AT&T 正在積極尋求虛擬機(jī)解決方案來解決這個問題。

要達(dá)到更高的吞吐量要求，許可的載波頻譜是不夠的。Wi-Fi 是蜂窩的遠(yuǎn)親，多年來一直在使用未經(jīng)許可的頻譜。

我將 Wi-Fi 稱為“遠(yuǎn)親”，因?yàn)樗c許可的運(yùn)營商頻譜非常相似，只是它不受監(jiān)管。Wi-Fi 是免費(fèi)的，因此，質(zhì)量在很大程度上不是問題——直到最近。運(yùn)營商已開始推出熱點(diǎn)，以盡可能將蜂窩流量卸載到 Wi-Fi，從而給網(wǎng)絡(luò)帶來額外壓力。但是，Wi-Fi 有很多未經(jīng)許可的頻譜可供 LTE 使用。

因?yàn)樽罱K客戶和運(yùn)營商并不太擔(dān)心這種“免費(fèi)服務(wù)”的質(zhì)量，所以它在住宅環(huán)境中通常沒問題。由于 Wi-Fi 技術(shù)的改進(jìn)以獲得更好的質(zhì)量和受監(jiān)管的訪問，這種心態(tài)在過去幾年發(fā)生了轉(zhuǎn)變：

· 使用極性碼(例如 LDPC)進(jìn)行糾錯。

· 更高的 QAM，意味著 Wi-Fi 目前可以做到 256 QAM 并接近 1024 QAM。

· 4×4 MIMO 和多用戶 MIMO 可提高吞吐量并同時與更多用戶合作。

將載波聚合的概念擴(kuò)展到未經(jīng)許可的載波(與 Wi-Fi 中使用的頻譜相同)將為運(yùn)營商提供更多選項(xiàng)來增加小區(qū)帶寬。

隨著當(dāng)今未授權(quán)頻段中的大量頻譜以及即將發(fā)布的頻譜，5G 網(wǎng)絡(luò)除了尋找卸載數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的方法外，還需要利用這一空間來滿足超高速接入要求。

IoT 設(shè)備

IoT 設(shè)備提出了一系列不同的要求和挑戰(zhàn)。

· 毫無疑問，龐大的設(shè)備數(shù)量將對 5G 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。

· 與傳統(tǒng)蜂窩設(shè)備不同，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備本質(zhì)上非常零星。他們中的許多人在只發(fā)送幾個字節(jié)的數(shù)據(jù)之前“休眠”了很長時間。5G 網(wǎng)絡(luò)需要規(guī)劃來自這些設(shè)備的不頻繁但重要的通信。

· 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也帶來了各種各樣的安全威脅。其中許多設(shè)備可用于向網(wǎng)絡(luò)傳播惡意軟件或其他安全攻擊。

在處理智能手機(jī)等常規(guī)蜂窩設(shè)備的同時處理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是接入和核心網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。現(xiàn)在從 LTE 網(wǎng)絡(luò)開始，將在 5G 網(wǎng)絡(luò)到來時實(shí)現(xiàn)更順暢的過渡。例如，諾基亞、Sprint和Verizon只是今年開始測試 5G 的少數(shù)幾家大公司，盡管許多其他運(yùn)營商聲稱他們將“很快”開始測試 5G 網(wǎng)絡(luò)。

虛擬化：NFV 和 SDN

虛擬化在為運(yùn)營商節(jié)省成本、處理網(wǎng)絡(luò)的彈性需求以及增加運(yùn)營商選擇方面的優(yōu)勢非常明顯。5G 網(wǎng)絡(luò)，由于兩端的極端需求，包括不經(jīng)常發(fā)送幾個字節(jié)，以及針對不同用例的大量數(shù)據(jù)增加，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的需求，并與虛擬化聯(lián)系在一起網(wǎng)絡(luò)功能.

許多運(yùn)營商都在虛擬化他們的網(wǎng)絡(luò)——尤其是數(shù)據(jù)包核心——方面做得很好。數(shù)據(jù)包核心端全部基于 Internet 協(xié)議 (IP)。這意味著就像數(shù)據(jù)中心的虛擬化方式一樣，無線的分組核心端(從3NodeB到互聯(lián)網(wǎng))都可以虛擬化。

即使在接入方面，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商 (NEM) 的行業(yè)決策者目前正在討論和決定低層協(xié)議之間的劃分，即哪些留在邊緣，哪些進(jìn)入中央核心。

為滿足不同用戶設(shè)備的需求而對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化和切片的轉(zhuǎn)變現(xiàn)在已經(jīng)開始，并將隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的部署而獲得動力。

NR：新無線電

5G-NR 尚未標(biāo)準(zhǔn)化，需要一種新的無線電接入技術(shù)，將速度提高到 20 Gbps。它需要新的毫米波 (mmWave) 無線電，這是 30 吉赫 (GHz) 和 300 GHz 之間的頻譜帶，可以以非常高的速度通過空中發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。每個單元的帶寬預(yù)計(jì)在 10-20 Gbps 之間，每個用戶可能獲得 1 Gbps。諸如高端增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序之類的東西需要這種帶寬。

5G-NR 是真正 5G 的一個領(lǐng)域。下面的其他四個領(lǐng)域在 LTE-Advanced Pro 規(guī)范中具有很強(qiáng)的起點(diǎn)，因此更具進(jìn)化性。

2017 年世界移動通信大會后在克羅地亞杜布羅夫尼克召開的第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP) 的 5G 規(guī)范的發(fā)布一直是業(yè)界一致的推動力，并將發(fā)布部分規(guī)范的日期提前至年底2017 年，而不是 2018 年 6 月。

5G-NR 中正在討論的兩件大事是：支持靈活的底層OFDM 技術(shù)和支持能夠使用毫米波頻譜的大規(guī)模 MIMO。

這種靈活的底層 OFDM 技術(shù)可以同時為同一小區(qū)中的不同用戶提供多種服務(wù)，例如高寬帶視頻應(yīng)用以及低延遲、關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用。3GPP正在討論LTE 物理層的概述 - 第 III 部分傳輸時間間隔 (TTI) - 用戶獲取數(shù)據(jù)的連接間隔。

雖然向 5G 的大規(guī)模遷移仍處于早期階段，但上述領(lǐng)域?qū)⑹且龑?dǎo)我們進(jìn)行遷移的主要步驟。