5G网络—多样化连接世界的新时代

作者：Emmanuel Gresset时间：2017-05-26来源：电子产品世界收藏

编者按：本文深入探讨了将推出的5G标准设计的一些新的使用案例及未来面临的挑战。

作者 Emmanuel Gresset CEVA业务发展总监

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201705/359761.htm

摘要：本文深入探讨了将推出的5G 标准设计的一些新的使用案例及未来面临的挑战。

引言

　　2015年，国际电信联盟(ITU)着手规划5G的目标和宗旨，以解决现今使用的3G标准和4G标准的不足。除了大大改善这些网络标准的现有蜂窝语音和移动宽带能力之外，ITU还列出了若干目标，以满足几项新需求：

　　1.数据量的巨增(x1000);

　　2.连网设备数量的大幅增加(x10～x100);

　　3.使用案例的扩大的多样性及其性能要求：

　　● x10~x100倍典型用户数据速率;

　　● x10倍更长的电池寿命用于机器到机器通信;

　　● x5倍减少端到端延迟。

1 使用案例

　　在目标使用案例中，ITU列出以下三项应用：

　　1.增强型移动宽带(eMBB)，例如需要高清和超高清流媒体的视频服务;

　　2.无人驾驶汽车和某些工业控制系统所需的超可靠和低延迟实时通信(URLLC);

　　3.不断发展的物联网(IoT)所需的大规模机器型通信(mMTC)。

　　图1显示了各种使用案例的延迟和带宽/数据速率要求。

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2 时间线

　　与在3G和4G网络中一样，3GPP组织将定义5G规范。3GPP的架构组在2016年第一季度启动了针对下一代网络的专门研究作为版本14的一部分。3GPP将在两个新增版本中定义5G，其中版本15构成阶段1，版本16构成阶段2，这两个版本将在2020年第一季度之前提交给ITU(如图2)。

3 新技术及其承诺

　　5G将结合一系列新技术，支持新的网络模型和多种使用案例。其中可能包括使用以软件为中心的网络概念，例如网络功能虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)，以及使用毫米波范围(>6GHz)的新频段。

　　需要注意，5G网络不会取代3G和4G网络，但5G架构将在它们及Wi-Fi网络之上。即使5G引入新的概念和更高的计算复杂性，它也是4G的演进，是来自蜂窝社区的一项技术，而不是未授权的技术。

　　5G真正添加在4G之上的是获得更高的数据速率(>1Gbps)和更低的端到端延迟(<1ms)的一种选择，这两个要求推动了5G新无线电技术和新频谱分配的发展。

5G网络2.jpg

　　哪些因素驱动会对这种高数据速率有需求呢?例如，无人驾驶汽车每天将产生4000GB的数据，而连网的飞机每天将产生40000GB的数据。5G承诺提供：

　　• 每个用户的数据速率高达10Gbit/s，例如实现虚拟现实(VR);

　　• 即使在拥挤的环境(如体育场或商场)，也会大范围覆盖;

　　• 完全移动性(例如，连网汽车);

　　• 高可靠性和响应性、实时连接(例如，交通安全);

　　• 连接大量必须利用单个电池保持运行10年的小型低成本设备。

4 关键推动因素

　　由于5G时代的使用案例和连网设备类型的多样化，运营商将需要选择正确的推动因素来构建和定制他们的服务范围。这些关键推动因素包括：

　　• 带有灵活的工具的多频段，包括尚未获得许可的频段，如图3所示;

　　• 大规模MIMO、波束成形和多RAT;

　　• 新的接入方法，包括精益控制飞机、动态RAN、本地化业务流、设备到设备(D2D)通信;

　　• 自组织网络(SON);

　　• 异构网络(HetNets);

　　• 软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)。

5 面临的挑战

　　运营商面临的一个关键挑战是减少延迟要求(<1ms)，这对于VR场景、实时交通相关控制(如V2X)、连网汽车和无人驾驶汽车等非常重要。物理定律规定了控制信号通过空气传播(或光沿着纤维传播)的速度。因此，需要小于1ms的延迟时间的服务必须从非常接近用户设备的物理位置提供所有内容，可能在每个小区的基站处，并且在运营商之间漫游对于这些服务不可靠。这将需要在内容分发和服务器的基础设施上大幅提高资本支出。

　　运营商的另一个挑战是新的5G网络频谱的可用性。目前广泛关注高于6GHz，据报道，高达80GHz的较高无线电频谱，允许更大的带宽和因此更高的数据速率，而不会对现有的3G和4G网络造成频谱混乱。然而，该频谱将需要全新的RAN，并且在相同频带的多个地理区域中进行分配，以允许相同的无线电在基站和用户设备之间重新使用。遗憾的是，较高的频带提供的小区半径较小，所以使用传统的网络拓扑模型实现广泛覆盖将非常困难。因而，必须使用波束成形，其中，波束指向正连网的终端用户设备以获得更大距离的覆盖。然而，波束成形需要仔细跟踪装有数百根天线的小区和小区塔内的设备位置，以跟踪穿过小区的所有移动用户。

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