|1.3 5G引發(fā)革新|

移動(dòng)通信從1G到4G，經(jīng)歷了四代的發(fā)展，過(guò)去40年移動(dòng)通信的發(fā)展已經(jīng)極大地改變了人們的生活，個(gè)人通信的高速技術(shù)發(fā)展為人類(lèi)和社會(huì)帶來(lái)了廣泛的便利和福利。如今，站在5G時(shí)代的歷史節(jié)點(diǎn)，讓我們來(lái)細(xì)數(shù)5G將為我們帶來(lái)些什么。

5G只是速率更高嗎？當(dāng)然不僅僅是這樣。

5G不再只是手機(jī)中所用文件格式的變化、文件傳輸速率的提升，而是將通信的作用從人與人之間的連接擴(kuò)展到各行各業(yè)、萬(wàn)事萬(wàn)物之間的互相連接，形成嶄新的數(shù)字化社會(huì)、物聯(lián)網(wǎng)世界新格局。

5G（第五代移動(dòng)通信）是IMT（國(guó)際移動(dòng)通信）的下一階段，ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）將其正式命名為IMT-2020。目前，ITU正在對(duì)IMT-2020進(jìn)行初步的規(guī)劃。此外，端到端系統(tǒng)的大多數(shù)其他變革（既包括核心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的，又包括無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的）也將會(huì)成為未來(lái)5G系統(tǒng)的一部分。在移動(dòng)通信市場(chǎng)中， IMT-Advanced（包括LTE-Advanced與WMAN-Advanced）系統(tǒng)之后的系統(tǒng)即為“5G”。

在大力研發(fā)5G潛在“候選技術(shù)”的同時(shí)，全球移動(dòng)通信行業(yè)對(duì)于5G技術(shù)研發(fā)驅(qū)動(dòng)因素的理解也逐步達(dá)成了共識(shí)。ITU-R（國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線(xiàn)電通信局）確定未來(lái)的5G具有以下三大主要的應(yīng)用場(chǎng)景：（1）增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶；（2）超高可靠與低延遲的通信；（3）大規(guī)模機(jī)器類(lèi)通信。具體包括吉比特每秒移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)接入、智慧家庭、智能建筑、語(yǔ)音通話(huà)、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、云工作、云娛樂(lè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、行業(yè)自動(dòng)化、緊急任務(wù)應(yīng)用、自動(dòng)駕駛汽車(chē)等。

在日益增大的網(wǎng)絡(luò)容量需求、吞吐量增強(qiáng)需求、更多無(wú)線(xiàn)接入應(yīng)用場(chǎng)景需求（所有可聯(lián)網(wǎng)型設(shè)備均以一種“無(wú)縫”的方式接入到網(wǎng)絡(luò)之中）之下，移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)正在向5G演進(jìn)。ITU-R正在與包括全球移動(dòng)通信行業(yè)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈上各利益主體進(jìn)行密切協(xié)作，對(duì)下一代IMT系統(tǒng)——IMT-2020（5G）的研發(fā)方向、時(shí)間表與成果輸出等進(jìn)行定義，目的是把對(duì)于未來(lái)移動(dòng)寬帶通信的愿景最終變成現(xiàn)實(shí)。

為最終建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的社會(huì)，未來(lái)的第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能使用位于不同物理頻段的無(wú)線(xiàn)頻譜資源，以支撐各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，滿(mǎn)足提高業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的需求，并采用比現(xiàn)有移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)物理帶寬大得多的射頻信道。

第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)頻譜資源需求主要來(lái)自于對(duì)于系統(tǒng)容量的增長(zhǎng)需求，以及對(duì)各類(lèi)新興應(yīng)用場(chǎng)景的支持。為支撐未來(lái)各類(lèi)5G應(yīng)用場(chǎng)景的5G技術(shù)需求（比如，超過(guò)10Gbit/s的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率、100Mbit/s的小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)傳輸速率、1ms的端到端延遲/時(shí)延等）有望在各個(gè)物理工作頻段上均得到滿(mǎn)足。

這些5G應(yīng)用場(chǎng)景包括諸如高清晰度移動(dòng)視頻等的增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶應(yīng)用（既可運(yùn)行于體育場(chǎng)館等用戶(hù)高度密集分布的區(qū)域，又可以進(jìn)行泛在的覆蓋）。而其余類(lèi)型的5G應(yīng)用場(chǎng)景則包括面向垂直行業(yè)/交通自動(dòng)化的超高可靠通信、各類(lèi)低時(shí)延敏感型通信應(yīng)用、面向大規(guī)模機(jī)器類(lèi)通信（MTC，Machine Type Communication，比如移動(dòng)健康、車(chē)輛到車(chē)輛通信、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)等）的較高速/高速數(shù)據(jù)服務(wù)。這些應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)進(jìn)一步增大未來(lái)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于更多無(wú)線(xiàn)頻譜資源的需求。

未來(lái)，第五代移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)是否能很好地支撐各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，取決于從低頻（頻點(diǎn)在500MHz左右）到高頻（頻點(diǎn)高于60GHz）的各個(gè)物理工作頻段的物理特性（無(wú)線(xiàn)射頻傳播特性）。低頻段具有優(yōu)良的無(wú)線(xiàn)傳播特性、網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，既可支撐宏蜂窩建設(shè)，又可支撐小基站部署；高頻段的無(wú)線(xiàn)傳播特性相對(duì)低頻段較差，但是有較多可用的且連續(xù)的無(wú)線(xiàn)頻譜資源（尤其是在毫米波頻段），可提供更寬的物理信道。

全球移動(dòng)通信行業(yè)中目前正在發(fā)生的面向未來(lái)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)演進(jìn)，在各類(lèi)可商用新型半導(dǎo)體芯片及天線(xiàn)陣列（可工作于不同的物理頻段，比如厘米波頻段、毫米波頻段等）的驅(qū)動(dòng)下，取得了較快的進(jìn)展。

IMT-2000與IMT-Advanced為現(xiàn)有已商用部署的移動(dòng)寬帶通信系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。IMT-2020（5G）是ITU現(xiàn)有國(guó)際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)族的延伸/擴(kuò)展。按照相關(guān)規(guī)劃，IMT-2020（5G）的標(biāo)準(zhǔn)化工作有望于2020年全部完成。

未來(lái)，5G應(yīng)用不單單只限于個(gè)人的手機(jī)，它的應(yīng)用將擴(kuò)展到VR/AR、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛、智能家居、智慧醫(yī)療、無(wú)人機(jī)、應(yīng)急安全等各行業(yè)和領(lǐng)域。這意味著5G將會(huì)為人類(lèi)的生活方式和社會(huì)的發(fā)展方式帶來(lái)一次徹底的革新。

一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新可以分為漸進(jìn)式創(chuàng)新、模塊創(chuàng)新、架構(gòu)創(chuàng)新和徹底創(chuàng)新4類(lèi)。從2G到4G是頻譜效率和安全性等逐步提升的漸進(jìn)式創(chuàng)新，也是在維持集中式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下的模塊式創(chuàng)新，還有從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架向扁平化和分離化演進(jìn)的架構(gòu)創(chuàng)新。但到了5G時(shí)代，除了網(wǎng)絡(luò)能力以外，還必須面向各種新的行業(yè)服務(wù)，提供隨時(shí)需要的、高質(zhì)量的連接服務(wù)，這也要求5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是多方位的、徹底的創(chuàng)新。

移動(dòng)網(wǎng)構(gòu)絡(luò)架主要包括核心網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)，到了5G時(shí)代，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)按循序漸進(jìn)的方式引入5G網(wǎng)元設(shè)備。

第1步，5G NR（新無(wú)線(xiàn)）先行，5G基站（gNodeB）與4G基站（eNodeB）以雙連接的方式共同接入4G核心網(wǎng)。

第2步，5G基站獨(dú)立接入5G核心網(wǎng)（NGCN，下一代核心網(wǎng)）。

第3步，5G基站和4G基站統(tǒng)統(tǒng)接入5G核心網(wǎng)，4G核心網(wǎng)退出歷史舞臺(tái)。以上5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)看似整體一致，實(shí)際上，我們把核心網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)分開(kāi)來(lái)看，其內(nèi)部架構(gòu)發(fā)生了顛覆性的改變。核心網(wǎng)的網(wǎng)元由4G時(shí)代的MME/S-GW變?yōu)?G時(shí)代的AMF/UPF（AMF/UPF是由中國(guó)移動(dòng)牽頭提出的SBA 5G核心網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)）。

另外一個(gè)概念是5G系統(tǒng)服務(wù)架構(gòu)，這是一個(gè)基于云原生設(shè)計(jì)原則的架構(gòu)，不僅要對(duì)傳統(tǒng)4G核心網(wǎng)網(wǎng)元NFV虛擬化，網(wǎng)絡(luò)功能還將進(jìn)一步軟件模塊化，實(shí)現(xiàn)從駐留于云到充分利用云的跨越，以實(shí)現(xiàn)未來(lái)以軟件化、模塊化的方式靈活、快速地組裝和部署業(yè)務(wù)應(yīng)用。

AMF（Mobility Management Function）負(fù)責(zé)控制面的移動(dòng)性和接入管理，代替了MME的功能。

UPF（User Plane Function）負(fù)責(zé)用戶(hù)面，它代替了原來(lái)4G中執(zhí)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能的SGW和PGW。

無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)發(fā)生的主要改變是分離，首先是控制面和用戶(hù)面的分離，其次是基站被分離為AAU、DU和CU這3個(gè)部分。

值得一提的5G無(wú)線(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)有微基站（Small Cell）和Massive MIMO。5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10～20Gbit/s，要提升容量和速率無(wú)非就是頻譜帶寬、頻譜效率和小區(qū)數(shù)量三要素。

首先是頻譜帶寬，高頻段的頻率資源豐富，同時(shí)，目前小于3GHz的低頻段基本被2G/3G/4G占用，所以5G必然要向高頻段3.5～30GHz（甚至更高）擴(kuò)展。那么如何解決頻段越高，穿透能力越差，覆蓋范圍越小的問(wèn)題就引出了5G的兩大關(guān)鍵技術(shù)——Massive MIMO和微基站。

毋庸置疑，微基站已成為未來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量的關(guān)鍵。未來(lái)城市路燈、廣告牌、電桿等各種街道設(shè)施都將成為微基站掛靠的地方。

Massive MIMO就是在基站側(cè)配置遠(yuǎn)多于現(xiàn)有系統(tǒng)的大規(guī)模天線(xiàn)陣列的MU-MIMO，來(lái)同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶(hù)。它可以大幅提升無(wú)線(xiàn)頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，簡(jiǎn)而言之，就是通過(guò)分集技術(shù)提升傳輸可靠性、空間復(fù)用提升數(shù)據(jù)速率、波束賦形提升覆蓋范圍。

MU-MIMO將多個(gè)終端聯(lián)合起來(lái)空間復(fù)用，同時(shí)使用多個(gè)終端的天線(xiàn)，這樣一來(lái)，大量的基站天線(xiàn)和終端天線(xiàn)形成一個(gè)大規(guī)模的、虛擬的MIMO信道系統(tǒng)。這是從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的角度更宏觀地去思考提升系統(tǒng)容量。

波束賦形是指大規(guī)模多天線(xiàn)系統(tǒng)可以控制每一個(gè)天線(xiàn)單元的發(fā)射（或接收）信號(hào)的相位和信號(hào)幅度，產(chǎn)生具有指向性的波束，消除來(lái)自四面八方的干擾，增強(qiáng)波束方向的信號(hào)。它可以補(bǔ)償無(wú)線(xiàn)傳播損耗。

自從各大廠家的Massive MIMO在2017年舉行的中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)（PT展）上亮相以來(lái)，在近一年時(shí)間里，各大廠家的Massive MIMO產(chǎn)品均在不斷更新和進(jìn)步，相信不久我們能看到更多、更新的設(shè)備。

5G超高速上網(wǎng)和萬(wàn)物互聯(lián)將產(chǎn)生呈指數(shù)級(jí)上升的海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要云存儲(chǔ)和云計(jì)算，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和人工智能產(chǎn)出價(jià)值。

與此同時(shí)，為了面向未來(lái)多樣化和差異化的5G服務(wù)，一場(chǎng)基于虛擬化、云化的ICT融合技術(shù)革命正在推動(dòng)著網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與轉(zhuǎn)型。

為了靈活應(yīng)對(duì)智慧城市、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多樣化的服務(wù)，使能網(wǎng)絡(luò)切片，核心網(wǎng)基于云原生構(gòu)架設(shè)計(jì)，面臨毫秒級(jí)時(shí)延、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算等挑戰(zhàn)，云化的C-RAN構(gòu)架和實(shí)時(shí)的移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）應(yīng)運(yùn)而生。從核心網(wǎng)到接入網(wǎng)，未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)將分布式部署巨量的計(jì)算和存儲(chǔ)于云基礎(chǔ)設(shè)施之中，核心數(shù)據(jù)中心和分布式云數(shù)據(jù)中心構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

這是一場(chǎng)由海量數(shù)據(jù)引發(fā)的從量變到質(zhì)變的數(shù)據(jù)革命，是一場(chǎng)由技術(shù)創(chuàng)新去推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的革命，因此，5G需廣泛地與各行業(yè)深入合作，共同激發(fā)創(chuàng)新，從而持續(xù)為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值。