4G已不能滿足未來用戶對寬帶的海量需求,不能支撐人與物、物與物的互聯。在此情況下,5G應運而生。它將以全新的網絡架構,提供至少10倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力,開啟萬物廣泛互聯、人機深度交互的新時代。它是通信產業中最重要的技術革新,將給社會各個領域帶來翻天覆地的變化。
“5G對人類的影響類似于鐵路或者電燈的影響”。5G意義如此重大,本文旨在為大家了解5G、熟悉新科技,掌握產業變化、分享資本盛宴提供幫助。
市場需求推動5G發展5G即第五代移動通信。從2012年開始,5G網絡的研究和試驗在快速推進。
5G發展的內在動力
(1)流量需求快速提升推動5G發展。據思科預測,2021年智能手機流量均值將達到14.9G/月/部,而2016年僅為3.5G/月/部。到2020年,全球移動互聯網的數據量將會達到30.6EB每月(1EB=1百萬GB),英國服務器 俄羅斯主機,是2015年的8倍。(2)新的應用對通信業務提出新的需求促使發展5G.不同場景中的極致體驗需求對移動通信業務提出了更高的要求。
隨著5G研究的全面展開并逐步深入,業界就5G的應用場景形成基本共識,有以下三種:面向增強的移動互聯網應用場景(eMBB),5G提供更高體驗速率和更大帶寬的接入能力,支持解析度更高、體驗更鮮活的多媒體內容;面向物聯網設備互聯場景(mMTC),5G提供更高連接密度時優化的信令控制能力,支持大規模、低成本、低能耗IoT設備的高效接入和管理;面向車聯網、應急通信、工業互聯網等垂直行業應用場景(URLLC),5G提供低時延和高可靠的信息交互能力,支持互聯實體間高度實時、高度精密和高度安全的業務協作。見圖1.為了滿足三大應用場景需求,ITU和IMT-2020工作組對5G網絡的標志性能力指標給出了具體要求,相較于現有網絡(4G)在八大能力指標方面有大幅提升。
5G中的新技術
5G還在發展中,IMT-2020認為,5G概念可由“標志性能力指標”和“一組關鍵技術”來共同定義。標志性能力指標上文已介紹,一組關鍵技術包括無線傳輸技術和無線網絡技術,詳情見圖2.采用這些關鍵技術是為了實現標志性能力指標,從而滿足各類場景應用。
(一)無線傳輸技術
1、濾波器組多載波技術(FBMC)與其它多載波技術最大區別在于每個子載波上增加了一個濾波器。FBMC在5G網絡中將可以通過濾波器對子載波進行過濾,為不同業務配置不同的時延、帶寬等參數,自適應地應對高速移動、物聯網等業務,可以滿足5G網絡業務多樣性、更高頻譜效率要求。
2、超密集組網技術(UDN)通過增加單位面積內小基站的密度,并通過在異構網絡中引入超大規模低功率節點實現熱點增強、消除盲點、改善網絡覆蓋、提高系統容量。通過超密集組網可以滿足熱點地區 500-1000 倍的流量增長需求,達到幾十Tbps/km2,100萬連接/km2,1Gbps 用戶體驗速率。
3、大規模陣列天線技術(Massive MIMO)指的是通道數達到64/128/256個,是信號水平維度空間基礎上引入垂直維度的空域進行利用,信號的輻射狀是個電磁波束。
Massive MIMO相對于LTE-A,大規模天線可實現3-4倍的頻譜效率提升,結合多址、編碼等關鍵技術,可滿足ITU 頻譜效率指標(3-5 倍)提升需求。
4.全頻道接入技術。根據ITU-R WP5D對2020年IMT頻譜需求預測,中國2020年頻譜需求總量為1490-1810MHz,而與我國目前已規劃的IMT總頻率687MHz相比仍然有800MHz的頻譜缺口。所以5G將會是混合 6GHz 以下頻段和 6GHz 以上頻段,以及5G超高速率和大容量通信對大帶寬頻段資源需求的雙重影響,可能會使用毫米波,因此5G無線技術將由高頻段新空口和低頻段新空口兩部分組成,高頻段新空口聯合低頻空口將重點用于熱點覆蓋場景。
5.終端連接技術。DevicetoDevice Communication (D2D通信技術) 是指兩個對等的用戶節點之間直接進行通信的一種通信方式。基于蜂窩網絡的D2D通信,或稱為鄰近服務(Proximity Service,ProSe),是指用戶數據可不經網絡中轉而直接在終端之間傳輸。
6.多址技術。多址技術分為:頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。頻分多址是以不同的頻率信道實現通信。時分多址是以不同時隙實現通信。碼分多址是以不同的代碼序列來實現通信的。空分多址是以不同方位信息實現多址通信的。5G 時代為了應對海量終端的接入,將引入多址技術。創新的多址技術可以在流量不變的前提下提升單個基站的覆蓋能力。
7.新編碼技術。通信編碼技術涉及信源編碼和信道編碼兩類。信源編碼是對輸入信息進行編碼,優化信息和壓縮信息并且轉化為符合標準的數據包。信源編碼也叫差錯控制編碼,是在發送端對原數據添加冗余信息,再在接收端根據這種相關性的冗余信息來檢測和糾正傳輸過程中產生的差錯。創新的編碼技術可以提高系統的穩定性。
(二)無線網絡技術