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说清楚!5G到底是什么?

2017年9月26日 16:00  网优雇佣军  

从电报、电话到手机,从1G到4G,通信技术为人类和社会带来了无尽的便利和福祉。如今我们正迎来5G时代,可5G到底是什么?

5G只是更快吗?当然不是。

5G不再只是从2G.txt到3G.jpg再到4G.avi的网络速率的提升,而是将人与人之间的通信扩展到万物连接,打造全移动和全连接的数字化社会。

5G应用不再只是手机,它将面向未来VR/AR、智慧城市、智慧农业、工业互联网、车联网、无人驾驶、智能家居、智慧医疗、无人机、应急安全等等。

这意味着什么呢?有运营商在白皮书里将5G定义为一次彻底的创新。

如果我们把一项技术创新为四类:渐进式创新、模块创新、构架创新和彻底创新,从2G到4G是频谱效率和安全性等逐步提升的渐进式创新,也是在维持集中式网络构架下的模块式创新,还有从网络构架向扁平化和分离化演进的构架创新。

但到了5G,除了提供1G至4G时代的手机业务,还要面向各种新的服务,提供不连续的、崭新的能力,因而这对于移动通信是一次彻底的创新。

网络构架的演进与创新

移动网络构架主要包括核心网和无线接入网,从2G到4G,其构架演进是这样的...

到了5G时代,移动网络按循序渐进的方式引入5G网元设备。

第一步,5G NR(新无线)先行,5G基站(gNodeB)与4G基站(eNodeB)以双连接的方式共同接入4G核心网。

第二步,5G基站独立接入5G核心网(NGCN,下一代核心网)。

第三步,5G基站和4G基站统统接入5G核心网,4G核心网退出历史舞台。

以上5G网络构架演进看似整体一致,实际上,我们把核心网和无线接入网分开来看,其内部构架发生了颠覆性的改变。

先比较4G基站和5G基站是怎样接入核心网的?

由上图可知,核心网网元名字变了,有4G时代的MME/S-GW变为5G时代的AMF/UPF。

说起这个AMF/UPF,就要提到我们引以为豪的,由中国移动牵头提出的SBA 5G核心网基础构架。

▲5G系统服务架构

这是一个基于云原生设计原则的构架,不仅要对传统4G核心网网元NFV虚拟化,网络功能还将进一步软件模块化,实现从驻留于云到充分利用云的跨越,以实现未来以软件化、模块化的方式灵活、快速地组装和部署业务应用。

AMF:全称Core Access and Mobility Management Function ,负责控制面的移动性和接入管理,代替了不能MME的功能。

UPF:全称User plane Function,就是负责用户面,它代替了原来4G中执行路由和转发功能的SGW和PGW。

无线接入网又发生了怎样的改变呢?分离、分离、分离。

如上图所示,首先是控制面和用户面的分离;其次是基站被分离为三部分:AAU、DU和CU。

5G无线关键技术:微基站和Massive MIMO

5G的容量是4G的1000倍,峰值速率10Gbps-20Gbps,要提升容量和速率无非就是三板斧:频谱带宽、频谱效率和小区数量。

▲提升网络容量的三板斧

用公式来表达就是这样的...

首先频谱带宽,高频段的频率资源丰富,同时,目前小于3GHz的低频段基本被2/3/4G占用,所以5G就得向高频段3.5GHz-30GHz(甚至更高)扩展。

问题来了,频段越高,穿透能力越差,覆盖范围越小。

怎么办?这就引出了5G的两大关键技术:Massive MIMO和微基站(Small Cells)。

毋庸置疑,微基站已成为未来解决网络覆盖和容量的关键。未来城市路灯、广告牌、电杆等各种街道设施都将成为小基站挂靠的地方。

Massive MIMO就是在基站侧配置远多于现有的系统的大规模天线阵列的MU-MIMO,来同时服务多个用户。它可以大幅提升无线频谱效率,增强网络覆盖和系统容量,简而言之,就是通过分集技术提升传输可靠性、空间复用提升数据速率、波束赋形提升覆盖范围。

MU-MIMO将多个终端联合起来空间复用,多个终端的天线同时使用,这样以来,大量的基站天线和终端天线形成一个大规模的虚拟的MIMO信道系统。这是从整个网络的角度更宏观的去思考提升系统容量。

波束赋形是指大规模多天线系统可以控制每一个天线单元的发射(或接收)信号的相位和信号幅度,产生具有指向性的波束,消除来自四面八方的干扰,增强波束方向的信号。它可补偿无线传播损耗。

在去年举行的中国国际信息通信展览会(PT展)上,笔者看到了各大厂家的Massive MIMO。

据说在这一年时间,各大厂家的Massive MIMO产品均在不断更新和进步,相信今年的PT展我们能看到更多更新的设备。

3 5G是一场融合创新

5G超高速上网和万物互联将产生呈指数级上升的海量数据,这些数据需要云存储和云计算,并通过大数据分析和人工智能产出价值。

与此同时,为了面向未来多样化和差异化的5G服务,一场基于虚拟化、云化的ICT融合技术革命正在推动着网络重构与转型。

为了灵活应对智慧城市、车联网、物联网等多样化服务,使能网络切片,核心网基于云原生构架设计;面临毫秒级时延、海量数据存储与计算等挑战,应运而生的是云化的C-RAN构架和实时的移动边缘计算(MEC)引入。从核心网到接入网,未来5G网络将分布式部署巨量的计算和存储于云基础设施之中,核心数据中心和分布式云数据中心构成网络拓扑的关键节点。

这是一场由海量数据引发的从量变到质变的数据革命,是一场由技术创新去推动社会进步的革命,因此,5G需广泛与各行业、垂直领域合作,共同激发创新,从而持续为社会创造价值。

中国5G走在世界前列

我国从国家宏观层面已明确了未来5G的发展目标和方向。《中国制造2025》提出全面突破5G技术,突破“未来网络”核心技术和体系架构;在《“十三五”规划纲要》、《“十三五”国家信息化规划》、《国家信息化发展战略纲要》等重要文件中,均提出要积极推进5G产业发展。

面向5G,我国通信各界紧锣密鼓的筹备已然开始:从标准的讨论制定,到产品研发和部署,再到设备性能功能的测试,一切都为了5G腾飞。

为此,我国在北京怀柔建设了全球最大的5G外场试验环境,华为、中兴、爱立信、诺基亚贝尔、大唐、英特尔等全球重要的系统、芯片、仪器仪表等领域企业共同参与了该项目。

2017年6月,我国IMT-2020(5G)推进组公布5G第二阶段测试,测试结果全面满足ITU指标。据悉,在今年即将开幕的PT展会期间,将进一步发布我国5G技术第二阶段测试成果。

总而言之,5G就是一场革命,它以技术为驱动,从人与人的连接延伸到万物互联,从个人和家庭延伸到社会各个领域,进而为社会经济、生活带来革命性的影响。

有人说,4G就够了。IBM的老沃森曾说,世界上只需要5台电脑。比尔盖茨也曾说,640K内存都足够了。

而对于5G这场技术和生态革命而言,显然不是“够不够”的问题,而是“能不能创新更多”的问题。

2017年,这一年我们都在聊5G和物联网。即将于9月27日开幕的中国国际信息通信展览会(PT展)一定会给我们带来更多5G和物联网的创新。华为、中兴通讯、爱立信、大唐电信、诺基亚贝尔、美国高通、甲骨文(Oracle)等这些展商会给我们带来怎样的惊喜呢?

5G NR速率能再提升多少?时延能再降低多少?新的5G基站天线设备长啥样?智慧城市、远程驾驶、智慧工厂、远程医疗等物联网用例又是怎样的一种体验?融合于未来网络的大数据、云计算、人工智能等技术又将如何推动这场网络创新?值得期待。

编 辑:章芳
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