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官方商城作為下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的5G技術(shù)集合了世界范圍內(nèi)ICT專家和科研工作者的智慧結(jié)晶，隨著全球商用步伐的日益加速，5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大潮向我們緩緩打開了一部波瀾壯闊的技術(shù)畫卷。這是迄今為止，人類對(duì)于看似遙不可及的未來移動(dòng)通信技術(shù)最大膽的想象。對(duì)于5G協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的官方命名是New Radio（NR），俗稱新空口技術(shù)。很多讀者十分感興趣的是，5G相比4G移動(dòng)通信在技術(shù)特點(diǎn)以及組網(wǎng)運(yùn)維方面到底新在了哪些方面？為此，本報(bào)記者特地邀請(qǐng)業(yè)界著名移動(dòng)通信專家張陽博士，在本報(bào)開辟了“5G新在哪兒”專欄，從各個(gè)角度介紹5G的“新”。本期是第一篇，首先從宏觀的視角看5G全產(chǎn)業(yè)到底都有哪些新的設(shè)計(jì)理念與發(fā)展方向。
5G作為一種全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新的技術(shù)，可以認(rèn)為是第一次真正以應(yīng)用為導(dǎo)向進(jìn)行的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是一次由高層帶動(dòng)底層設(shè)計(jì)的革命。5G作為通信系統(tǒng)中的“變形金剛”，提供了一整套統(tǒng)一基礎(chǔ)的框架機(jī)構(gòu)，可以適用于多種應(yīng)用需求。歸納而言，包括如下新特點(diǎn)：
新的應(yīng)用需求
5G作為一種以應(yīng)用驅(qū)動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)架構(gòu)，其設(shè)計(jì)之初的目標(biāo)以及需求非常明確，主要是為了提供高可靠性（低誤碼率）、低時(shí)延服務(wù)，其中高可靠性意味著在限定的時(shí)延下傳送近似0誤碼的數(shù)據(jù)包?？梢酝ㄟ^成功傳輸包的比率（或者反向的誤包率）來評(píng)估可靠性，不同的URLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications） 用例對(duì)于所需的比率以及時(shí)延門限可能有所不同；而高可用性則涉及通過3GPP系統(tǒng)提供可靠服務(wù)的通信鏈路，這里通信鏈路包括端到端的通道，其中含空口鏈路、傳輸鏈路以及不同軟硬件功能。高可用性本質(zhì)意味著質(zhì)量以及容量的保障，5G在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)調(diào)一種更高的適配性，空口是一種標(biāo)準(zhǔn)化接入層技術(shù)，可以通過軟硬件資源、頻率、參數(shù)調(diào)整適配不同的應(yīng)用場景以及需求；而5G對(duì)于低時(shí)延的目標(biāo)則有明確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，例如控制面時(shí)延是指設(shè)備從IDLE態(tài)轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸狀態(tài)的時(shí)延，目標(biāo)值為10ms，而對(duì)比LTE的時(shí)延則是50～100ms。用戶面時(shí)延指UE/BS不處于DRX狀態(tài)下，應(yīng)用層數(shù)據(jù)包通過無線協(xié)議棧2/3層進(jìn)口SDU到對(duì)端無線協(xié)議棧2/3層出口SDU的時(shí)延，對(duì)于上下行的用戶面時(shí)延要求都是0.5ms（注：LTE一個(gè)子幀1ms，一個(gè)時(shí)隙0.5ms）。間歇式的小包業(yè)務(wù)（IoT）時(shí)延是在基于最大路損164dB前提下，上行發(fā)送20byte應(yīng)用數(shù)據(jù)包時(shí)（物理層105byte）不超過10秒。
新的組網(wǎng)模式
5G組網(wǎng)方式較4G更加新穎靈活，主要包含去中心化部署、與LTE共站址部署、中心化部署、跨運(yùn)營商共享部署四種方式，各種方式適用場景不同，組網(wǎng)特點(diǎn)也各不相同。例如對(duì)于去中心化部署方式，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)扁平化，接入網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)互聯(lián)互通，可與LTE的eNB連接，組網(wǎng)模式與4G現(xiàn)網(wǎng)相同；在現(xiàn)有站址資源稀缺的情況下，可以采取與LTE共站址進(jìn)行組網(wǎng)部署，既可以通過共基帶處理單元實(shí)現(xiàn)物理資源深度融合，也可以單純地以共機(jī)框、共機(jī)房、共天面的方式實(shí)現(xiàn)物理資源的復(fù)用，這種組網(wǎng)方式可以通過異系統(tǒng)互聯(lián)以及業(yè)務(wù)均衡方式最大化利用頻譜資源，同時(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分擔(dān)；中心化組網(wǎng)方式意味著集中式部署，這就是C-RAN的概念，其中CU與DU分離實(shí)現(xiàn)了協(xié)議棧之間的解耦，同時(shí)可以節(jié)省基站機(jī)房資源，很好地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷和資源的分擔(dān)利用，也可以提升CoMP多點(diǎn)協(xié)作等技術(shù)的性能；跨運(yùn)營商共享組網(wǎng)方式可以采取異構(gòu)組網(wǎng)方式（多個(gè)小區(qū)域），共享接入網(wǎng)頻率，可以是公共頻率也可以是某一運(yùn)營商頻率。在非共享區(qū)域與共享區(qū)域之間的移動(dòng)性能應(yīng)該與LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的移動(dòng)性能相當(dāng)。
新的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
全新接入網(wǎng)可兼容現(xiàn)網(wǎng)LTE基站，主要包含兩種邏輯網(wǎng)元，一種是5G基站gNodeB，負(fù)責(zé)提供NR的用戶面和控制面協(xié)議；另外一種是升級(jí)版的LTE基站eNodeB，負(fù)責(zé)提供E-UTRA的用戶面和控制面協(xié)議?，F(xiàn)網(wǎng)LTE接入網(wǎng)邏輯節(jié)點(diǎn)（eNodeB）之間的接口稱作X2接口，而5G接入網(wǎng)邏輯節(jié)點(diǎn)（gNodeB）之間的接口稱作Xn接口，gNodeB與5G核心網(wǎng)之間的接口稱作NG接口。接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中進(jìn)行了多種定義，較常用的包括獨(dú)立組網(wǎng)的Option2（gNB與5G核心網(wǎng)NGC互聯(lián)，該種組網(wǎng)方式的特點(diǎn)是需要新建核心網(wǎng)和接入網(wǎng)）和Option5方案（eLTE eNB與NGC互聯(lián)，該種組網(wǎng)方式的特點(diǎn)是可利舊升級(jí)存量LTE基站，進(jìn)行核心網(wǎng)替換，網(wǎng)絡(luò)投資較?。?，同時(shí)包括非獨(dú)立組網(wǎng)的Option3/3A（NR非獨(dú)立設(shè)置，NR用戶面可通過LTE eNB〈3〉與現(xiàn)有核心網(wǎng)互聯(lián)，也可以直接互聯(lián)〈3A〉，該種方式利于快速部署，現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)利舊）和Option7/7A方案（NR非獨(dú)立設(shè)置，NR用戶面可通過LTE eNB〈7〉與NGC互聯(lián)，也可以直接互聯(lián)〈7A〉，保留LTE接入網(wǎng)設(shè)備，替換現(xiàn)有核心網(wǎng)）。
新的應(yīng)用場景
5G應(yīng)用場景主要包含三大類，eMBB（enhanced Mobile BroadBand）增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶服務(wù)（相比URLLC可能有一定時(shí)延）,此類場景的典型應(yīng)用例如AR/VR、高清電視信號(hào)傳輸?shù)葘?duì)于帶寬的需求很高，在能保證傳輸質(zhì)量的前提下，我們將來坐在電視前就可以身臨其境地感受到以球員視角進(jìn)行的實(shí)時(shí)影像回傳；mMTC（massive Machine Type Communications）海量物聯(lián)網(wǎng)通信則面向提供百萬規(guī)模的物物連接，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)物品遠(yuǎn)程定位、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控或者對(duì)于物的自動(dòng)化管控；URLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）極端可靠低時(shí)延通信面向?qū)τ跁r(shí)延相當(dāng)敏感，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能極端依賴的那些應(yīng)用需求，例如車輛自動(dòng)駕駛接管、遠(yuǎn)程醫(yī)療、戶外手術(shù)、緊急救援等。
新的評(píng)估體系
5G基于傳統(tǒng)4G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估體系，衍生出一些新的評(píng)估量化維度，例如對(duì)于峰值速率的要求進(jìn)一步提升，單站最高理論速率，目標(biāo)值是下行20Gbps，上行10Gbps；峰值頻譜效率，頻率歸一化下單站最高理論速率，目標(biāo)值是下行30bps/Hz和上行15bps/Hz；控制面時(shí)延：指從IDLE態(tài)到業(yè)務(wù)傳輸態(tài)，目標(biāo)值為10ms；用戶面時(shí)延：不考慮DRX下，端到端數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延，對(duì)于URLLC業(yè)務(wù)，目標(biāo)值上行0.5ms，下行0.5ms，對(duì)于eMBB業(yè)務(wù)，目標(biāo)值為上行4ms和下行4ms；間歇小包業(yè)務(wù)時(shí)延：端到端數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延，在最大路損164dB條件下，傳送20byte應(yīng)用包時(shí)延不超過10秒；移動(dòng)服務(wù)中斷時(shí)間：這項(xiàng)指標(biāo)主要評(píng)估NR系統(tǒng)內(nèi)同頻切換或者異頻切換系統(tǒng)服務(wù)中斷時(shí)間，目標(biāo)為0ms，在特殊場景下，例如偏遠(yuǎn)低價(jià)值區(qū)域，該指標(biāo)門限可適當(dāng)放寬，10秒；可靠性：該指標(biāo)評(píng)估在特定信道環(huán)境下，在指定時(shí)延下，空口端到端包傳送成功率，對(duì)于一般URLLC業(yè)務(wù)，目標(biāo)值為用戶面時(shí)延1ms，傳送32byte成功率為99.99999%；覆蓋：邊緣速率160bps下的最大路損，目標(biāo)值為164dB；UE電池壽命：mMTC電池壽命10年；UE能量效率：評(píng)估UE在盡可能減少耗能的前提下提供更多的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；服務(wù)區(qū)域業(yè)務(wù)容量：指每單位地理面積下總業(yè)務(wù)吞吐率（Mbit/s/m2）；連接密度：給定丟包率前提下能夠提供的連接數(shù)，目標(biāo)值1000000 device/km2；移動(dòng)性：意味著在保障QoS下，最大用戶移動(dòng)速度，目標(biāo)為500km/h；網(wǎng)絡(luò)能耗效率：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)一步降低功耗，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能。
新技術(shù)
5G通過大規(guī)模陣列通道實(shí)現(xiàn)的Massive-MIMO天線技術(shù)不僅在覆蓋能力方面進(jìn)一步提升，同時(shí)能夠有效緩解容量壓力。在無線空口技術(shù)創(chuàng)新方面，5G不僅采取了更優(yōu)化的編碼調(diào)制技術(shù)進(jìn)一步提升頻譜傳輸效率，還采取了靈活可變的物理層參數(shù)設(shè)置以及信令流程進(jìn)一步支持5G面向多種需求的設(shè)計(jì)理念。在優(yōu)化組網(wǎng)架構(gòu)方面，大量引入小基站實(shí)現(xiàn)宏微協(xié)同，不僅加強(qiáng)室內(nèi)區(qū)域的深度覆蓋，同時(shí)也能針對(duì)業(yè)務(wù)量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)小區(qū)分裂或者合并，緩解容量攀升帶來的壓力，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)用戶定位等輔助應(yīng)用需求。另外，5G不僅僅是傳統(tǒng)通信技術(shù)的革新，由于其大帶寬所帶來的數(shù)據(jù)顆粒度進(jìn)一步細(xì)化，也為與IT技術(shù)的深度融合創(chuàng)造了條件，使得邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、軟件虛擬化、云計(jì)算等技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)深度融合發(fā)展成為可能。
新的運(yùn)維模式
隨著5G業(yè)務(wù)的發(fā)展，不僅需要考慮與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同運(yùn)維，同時(shí)還需要針對(duì)5G的獨(dú)有特點(diǎn)進(jìn)行考量。初期5G采取非獨(dú)立組網(wǎng)模式（NSA），可以利舊站點(diǎn)快速實(shí)現(xiàn)連片部署，但是對(duì)于錨定載波的選取、頻率的重耕、與4G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同天饋優(yōu)化、鄰區(qū)參數(shù)設(shè)置等諸多方面都需要重點(diǎn)關(guān)注。另外，還需提前針對(duì)5G基站的能耗增加進(jìn)行節(jié)能措施研究，進(jìn)行機(jī)房配套用電改造的合理規(guī)劃。同時(shí)，應(yīng)對(duì)重點(diǎn)業(yè)務(wù)區(qū)域潛在大帶寬流量需求，并適配新型的BBU AAU單站架構(gòu)，需提前進(jìn)行前傳傳輸網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，以及C-RAN架構(gòu)下涉及機(jī)房的改造升級(jí)。
新玩家
在傳統(tǒng)通信設(shè)備供貨模式中，運(yùn)營商需要采購并使用專用通信硬件系統(tǒng)，軟硬件緊密耦合，主設(shè)備廠家將軟件整合捆綁在硬件中一起采購供貨。在5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，隨著通用硬件的處理能力提升，并結(jié)合CU與DU的分離架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)軟硬件充分解耦，導(dǎo)致供貨模式可能產(chǎn)生根本性的變化，由傳統(tǒng)電信設(shè)備巨頭控制的通信市場可能會(huì)引入更多參與者，更多主導(dǎo)IT軟件研發(fā)的公司可能成為全新的玩家。
新思維
5G技術(shù)顛覆傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中組網(wǎng)主體架構(gòu)更傾向于固定穩(wěn)態(tài)常規(guī)思路，使得運(yùn)營商能夠通過靈活多變的網(wǎng)絡(luò)配置重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。從這一點(diǎn)來看，5G不僅是一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新，一種運(yùn)維流程的革新，一種供求模式的更新，更是一種全新思維模式的大膽探索。5G不僅需要依靠其自身的“內(nèi)涵”——智能通道運(yùn)維能力的提升帶來更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，更需要憑借其“外延”——在大數(shù)據(jù)變現(xiàn)、內(nèi)容創(chuàng)新等方面促進(jìn)本身價(jià)值的提升，因此，5G是全產(chǎn)業(yè)鏈的共同機(jī)遇。
