5G到底是什么?這篇文章給你講清楚

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從電報、電話到手機,從1G到4G,通信技術為人類和社會帶來了無盡的便利和福祉。如今我們正迎來5G時代,可5G到底是什么?

5G只是更快嗎?當然不是。

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5G不再只是從2G.txt到3G.jpg再到4G.avi的網絡速率的提升,而是將人與人之間的通信擴展到萬物連接,打造全移動和全連接的數字化社會。

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5G應用不再只是手機,它將面向未來VR/AR、智慧城市、智慧農業、工業互聯網、車聯網、無人駕駛、智能家居、智慧醫療、無人機、應急安全等等。

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這意味著什么呢?有運營商在白皮書里將5G定義為一次徹底的創新。

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如果我們把一項技術創新為四類:漸進式創新、模塊創新、構架創新和徹底創新,從2G到4G是頻譜效率和安全性等逐步提升的漸進式創新,也是在維持集中式網絡構架下的模塊式創新,還有從網絡構架向扁平化和分離化演進的構架創新。

但到了5G,除了提供1G至4G時代的手機業務,還要面向各種新的服務,提供不連續的、嶄新的能力,因而這對于移動通信是一次徹底的創新。

網絡構架的演進與創新

移動網絡構架主要包括核心網和無線接入網,從2G到4G,其構架演進是這樣的...

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到了5G時代,移動網絡按循序漸進的方式引入5G網元設備。

第一步,5G NR(新無線)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。

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第二步,5G基站獨立接入5G核心網(NGCN,下一代核心網)。

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第三步,5G基站和4G基站統統接入5G核心網,4G核心網退出歷史舞臺。

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以上5G網絡構架演進看似整體一致,實際上,我們把核心網和無線接入網分開來看,其內部構架發生了顛覆性的改變。

先比較4G基站和5G基站是怎樣接入核心網的?

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由上圖可知,核心網網元名字變了,有4G時代的MME/S-GW變為5G時代的AMF/UPF。

說起這個AMF/UPF,就要提到我們引以為豪的,由中國移動牽頭提出的SBA 5G核心網基礎構架。

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▲5G系統服務架構

這是一個基于云原生設計原則的構架,不僅要對傳統4G核心網網元NFV虛擬化,網絡功能還將進一步軟件模塊化,實現從駐留于云到充分利用云的跨越,以實現未來以軟件化、模塊化的方式靈活、快速地組裝和部署業務應用。

AMF:全稱Core Access and Mobility Management Function ,負責控制面的移動性和接入管理,代替了不能MME的功能。

UPF:全稱User plane Function,就是負責用戶面,它代替了原來4G中執行路由和轉發功能的SGW和PGW。

無線接入網又發生了怎樣的改變呢?分離、分離、分離。

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如上圖所示,首先是控制面和用戶面的分離;其次是基站被分離為三部分:AAU、DU和CU。

5G無線關鍵技術:微基站和Massive MIMO

5G的容量是4G的1000倍,峰值速率10Gbps-20Gbps,要提升容量和速率無非就是三板斧:頻譜帶寬、頻譜效率和小區數量。

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▲提升網絡容量的三板斧

用公式來表達就是這樣的...

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首先頻譜帶寬,高頻段的頻率資源豐富,同時,目前小于3GHz的低頻段基本被2/3/4G占用,所以5G就得向高頻段3.5GHz-30GHz(甚至更高)擴展。

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問題來了,頻段越高,穿透能力越差,覆蓋范圍越小。

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怎么辦?這就引出了5G的兩大關鍵技術:Massive MIMO和微基站(Small Cells)。

毋庸置疑,微基站已成為未來解決網絡覆蓋和容量的關鍵。未來城市路燈、廣告牌、電桿等各種街道設施都將成為小基站掛靠的地方。

Massive MIMO就是在基站側配置遠多于現有的系統的大規模天線陣列的MU-MIMO,來同時服務多個用戶。它可以大幅提升無線頻譜效率,增強網絡覆蓋和系統容量,簡而言之,就是通過分集技術提升傳輸可靠性、空間復用提升數據速率、波束賦形提升覆蓋范圍。

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MU-MIMO將多個終端聯合起來空間復用,多個終端的天線同時使用,這樣以來,大量的基站天線和終端天線形成一個大規模的虛擬的MIMO信道系統。這是從整個網絡的角度更宏觀的去思考提升系統容量。

波束賦形是指大規模多天線系統可以控制每一個天線單元的發射(或接收)信號的相位和信號幅度,產生具有指向性的波束,消除來自四面八方的干擾,增強波束方向的信號。它可補償無線傳播損耗。

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在去年舉行的中國國際信息通信展覽會(PT展)上,筆者看到了各大廠家的Massive MIMO。

據說在這一年時間,各大廠家的Massive MIMO產品均在不斷更新和進步,相信今年的PT展我們能看到更多更新的設備。

3 5G是一場融合創新

5G超高速上網和萬物互聯將產生呈指數級上升的海量數據,這些數據需要云存儲和云計算,并通過大數據分析和人工智能產出價值。

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與此同時,為了面向未來多樣化和差異化的5G服務,一場基于虛擬化、云化的ICT融合技術革命正在推動著網絡重構與轉型。

為了靈活應對智慧城市、車聯網、物聯網等多樣化服務,使能網絡切片,核心網基于云原生構架設計;面臨毫秒級時延、海量數據存儲與計算等挑戰,應運而生的是云化的C-RAN構架和實時的移動邊緣計算(MEC)引入。從核心網到接入網,未來5G網絡將分布式部署巨量的計算和存儲于云基礎設施之中,核心數據中心和分布式云數據中心構成網絡拓撲的關鍵節點。

這是一場由海量數據引發的從量變到質變的數據革命,是一場由技術創新去推動社會進步的革命,因此,5G需廣泛與各行業、垂直領域合作,共同激發創新,從而持續為社會創造價值。

中國5G走在世界前列

我國從國家宏觀層面已明確了未來5G的發展目標和方向?!吨袊圃?025》提出全面突破5G技術,突破“未來網絡”核心技術和體系架構;在《“十三五”規劃綱要》、《“十三五”國家信息化規劃》、《國家信息化發展戰略綱要》等重要文件中,均提出要積極推進5G產業發展。

面向5G,我國通信各界緊鑼密鼓的籌備已然開始:從標準的討論制定,到產品研發和部署,再到設備性能功能的測試,一切都為了5G騰飛。

為此,我國在北京懷柔建設了全球最大的5G外場試驗環境,華為、中興、愛立信、諾基亞貝爾、大唐、英特爾等全球重要的系統、芯片、儀器儀表等領域企業共同參與了該項目。

2017年6月,我國IMT-2020(5G)推進組公布5G第二階段測試,測試結果全面滿足ITU指標。據悉,在今年即將開幕的PT展會期間,將進一步發布我國5G技術第二階段測試成果。

總而言之,5G就是一場革命,它以技術為驅動,從人與人的連接延伸到萬物互聯,從個人和家庭延伸到社會各個領域,進而為社會經濟、生活帶來革命性的影響。

有人說,4G就夠了。IBM的老沃森曾說,世界上只需要5臺電腦。比爾蓋茨也曾說,640K內存都足夠了。

而對于5G這場技術和生態革命而言,顯然不是“夠不夠”的問題,而是“能不能創新更多”的問題。

 

2018年8月23日 10:52
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