5G淺談
雙擊滾屏 發表日期:2015-12-03   閱讀次數:5378    字體[        ]

013年12月4日,工信部公告向國內三大運營商同步頒發TD-LTE模式4G商用牌照; 2015年2月27日,時隔一年多后,工信部公告向中國聯通和中國電信頒發FDD LTE模式4G商用牌照。至此,中國的移動通信市場全面邁入4G時代,國內各運營商更廣大的移動通信用戶從此開始可以享受4G技術帶來的高品質移動寬帶服務。雖然4G技術正方興未艾、如火如荼的蓬勃發展,關于5G的討論已經開始,什么是5G?5G技術有什么特點?本文概要介紹5G的概念、當前已經形成的一些共識和發展狀況。

  5G,狹義來講是指第五代移動通信技術的無線接入網技術;廣義來講是指第五代移動通信技術,泛指包括無線接入網、核心網及相關支撐系統的完整的技術體系。通常,從移動通信技術代際劃分的角度來看,提供公眾移動通信服務的移動通信技術經歷了如下發展:1G、是指以在歐洲及中國規模部署的TACS系統和北美規模部署的AMPS系統為代表的第一代移動通信系統:模擬蜂窩通信系統;2G、以北美IS-95/cdma系統、日本PDC系統及其他國家和地區廣泛部署的GSM系統為代表的第二代移動通信系統:數字蜂窩通信系統;3G、以中國的TD-SCDMA、日本歐洲廣泛部署的WCDMA和北美韓國中國規模部署的CDMA2000為代表的第三代移動通信系統;4G、以全球廣泛部署的FDD LTE和TD-LTE為代表的第四代移動通信系統。

  雖然5G已經在中國、歐洲、北美、日韓等國家和地區的通信管理機構、高校和相關學術機構、通信系統和設備供應商、運營商等從業及相關群體中開始廣泛的討論,但是,目前業界尚未達成關于5G的統一的認識,離形成具體的技術規范體系還有比較大的距離。當然,雖然沒有形成關于5G的具體的共識,但是,在很多大方向上,業界還是有許多共識的。

  共識一、5G技術將于2020年前后投入商用。移動通信行業有個比較有趣的10年換代現象:第一代移動通信技術出現在上個世紀80年代初;第二代移動通信技術于上個世紀90年代初開始部署;日本于2001年部署全球第一張3G商用網絡;瑞典和挪威于2009年12月部署全球第一張LTE商用網絡。據此,業界相信,5G系統將于2020年前后投入商用。業界普遍預期,借諸如世界杯等舉世矚目的盛事的東風,2017~2018年可能有5G的預商用系統投入規模測試,2020年前可能有行業先驅運營商開始部署5G商用網絡以迎接2020年奧運會。

  共識二、5G的系統特性將包括相比以往各代移動通信系統而言,更大的系統容量、更高的系統速率、更低的系統時延及更可靠的連接。

  一、更大的系統容量和更高的系統速率:隨著ICT技術的快速發展,除了人與人間的傳統語音通信、以微信為代表的社交通信等方式外,機器類型的通信(MTC)、設備與設備間的通信(D2D)等正隨著物聯網(Internet of Things)的飛速發展而日益普遍,萬物互聯的時代正離我們越來越近,這對現有移動通信系統包括4G移動通信系統的系統容量、系統速率提出了重大挑戰。為此,5G技術需在系統容量和系統速率方面具備顯著的優勢。業界通常認為,5G的系統峰值速率應該超過10Gbps。

  二、更低的系統時延和更可靠的連接:現有移動通信系統包括4G移動通信系統在應對諸如車聯網技術的自動駕駛技術等方面,在系統時延和連接可靠性上尚存在差距,比如以120公里每小時行駛的汽車,每秒行駛33.3米,假如系統時延100毫秒(考慮通信系統時延和處理時延),則汽車已行進3.3米,可能已經造成不安全的后果。因此,業界通常認為5G的系統時延應該控制在1毫秒級。同樣道理,采用雙連、多連等相關技術手段,提升連接的可靠性也是5G需要實現的重要的系統特性。

  共識三、5G可能將會采用更高頻率的頻譜。要實現更大的系統容量和更高的系統速率,按香農定理,頻譜帶寬越大越好,頻譜資源越多越好。運營商通常傾向于采用頻率較低的頻譜:較低頻率頻譜具備更好的傳播特性,更適合實現更深、更廣的覆蓋,是運營商以較好的成本效率實現更廣、更深覆蓋的重要資源。然而,低頻率的頻譜基本被現有移動通信系統、電視廣播系統、衛星系統、導航系統、航空航天系統、工業民用控制系統等系統占用,難覓足夠帶寬的空閑頻譜。因此,5G系統可能不得不采用6GHz之上的頻譜。6GHz以上的頻譜資源的優劣勢與較低頻率頻譜反過來:比較容易找到足夠帶寬的空閑頻譜;但是因為頻率高,傳播特性不適合深度覆蓋和廣域覆蓋,或者說實現深度覆蓋、廣域覆蓋的成本太高、代價太大。

  共識四、5G系統可能將會采用更先進的天線技術。要實現更大的系統容量和更高的系統速率,采用先進天線技術,實現多收多發(MIMO)、多流是一個重要的技術手段。4G系統已經開始廣泛使用先進天線技術,業界通常認為,5G將采用更加先進的天線技術,比如陣列天線(Phased Array Antenna)和大規模多收多發(Massive MIMO)。目前,業界先驅進行的5G技術演示,也紛紛使用了陣列天線(比如128陣元天線)和大規模多收多發。

  共識五、5G系統可能是對當前移動通信技術的一個補足,而不是立刻取代。受限于5G技術可能采用更高頻率的頻譜,預計5G系統將在比較長的一段時間內與工作在較低頻率的其他移動通信系統相互補足,傳統移動通信系統實現更好的深度和廣度覆蓋及傳統的已勝任應用的承載,5G系統承載有更大容量、更苛刻系統時延要求的應用。業界有觀點認為,5G可能采用全新的無線接入方式,雖然目前具體采用何種新型的接入方式尚無明確定論,但業界通常認為,現有工作在較低頻率的系統仍將以現有接入方式存在并按現有接入方式演進比較長的一段時間。

  共識六、5G不會一蹴而就,而在5G部署之前及5G開始部署的一段時間之內,4G/LTE仍將持續發展和演進。目前, 4G/LTE除了演進到LTE-A的智能立體網絡、多點協調(CoMP)、載波聚合(CA)等技術之外, LTE部署在3.5GHz頻譜上的LTE-Hi、LTE授權和非授權頻譜聚合(LAA)等4G演進技術也正在蓬勃發展,愛立信的5G演進方案——LTE-E,將率先在2016年底逐步實現商用,并最終通過LTE-E和LTE-NX的緊密協同完成向5G的升級。

  目前,5G尚處在需求規范協調和溝通階段,各國政府或其委托的相關組織和電信監管機構紛紛提出關于5G的需求預期,贊助或創造條件促進相關高校、學術機構、運營商相關研究機構、設備及芯片廠商等積極投入5G的研發。為提升5G技術的專利授權占比,占領技術制高點,各行業先驅也紛紛大力投入、積極進行5G相關技術的研發和技術儲備,引導5G技術的順利發展。

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