六大技術(shù)蓄勢待發(fā) 5G網(wǎng)絡(luò)未來可期

　　當(dāng)前，系統(tǒng)設(shè)備商和移動(dòng)運(yùn)營商熱烈討論的一個(gè)熱門話題之一就是下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)5G的發(fā)展情況。5G已有幾個(gè)候選技術(shù)，未來肯定會(huì)有一些概念被定義到這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)里。Ovum智能網(wǎng)絡(luò)首席分析師DimitrisMavrakis在本文里簡單介紹下了這幾個(gè)候選技術(shù)，并分析了各項(xiàng)技術(shù)的面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

　　這篇文章的主要內(nèi)容并非討論5G技術(shù)需要具備哪些要求，而是辨識(shí)業(yè)界已出現(xiàn)的幾個(gè)候選技術(shù)及相關(guān)的架構(gòu)，包括5G標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)向什么方向發(fā)展。行業(yè)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的需求是已經(jīng)確定的，這些已經(jīng)由5G-PPP(歐洲5G公私合作聯(lián)盟)概述過。

　　對(duì)于5G的未來，行業(yè)的困惑主要有技術(shù)、商業(yè)機(jī)會(huì)、在垂直行業(yè)的應(yīng)用以及部署的時(shí)間表等等。再加上大多數(shù)移動(dòng)運(yùn)營商還沒有找到更好的貨幣化LTE網(wǎng)絡(luò)的方法，所以5G的未來就變得有些迷茫。

　　如果我們回顧下移動(dòng)通信技術(shù)過去的發(fā)展軌跡，隱約描繪出5G大概的樣貌。新一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通常意味著全新的架構(gòu)，當(dāng)然傳統(tǒng)上還認(rèn)為架構(gòu)得是無線接入的：模擬到TDMA(GSM)到CDMA(UMTS)到OFDM(LTE)。顯然，5G也需要一個(gè)全新的技術(shù)、全新標(biāo)準(zhǔn)來解決用戶需求。

　　考慮到流量增長的趨勢，5G勢必要在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行徹底的變革。軟件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)、極高密度的流體網(wǎng)絡(luò)、更高頻段以及更廣泛的頻譜范圍，滿足數(shù)十億的終端設(shè)備接入需求，Gbps量級(jí)的容量等等，這些都是無法由目前的LTE和LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)提供的。

　　顯然，我們需要一個(gè)全新的空中接口，對(duì)于這一點(diǎn)，中興通訊走得更遠(yuǎn)一點(diǎn)，他們提出5G網(wǎng)絡(luò)將容許多個(gè)空中接口標(biāo)準(zhǔn)共存，從理論角度看，這確實(shí)是理想的(OFDM技術(shù)不適用于smallcell和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但其他的接口可以)。但是從運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)角度考慮，這就意味著會(huì)耗費(fèi)大量精力和開發(fā)成本。

　　當(dāng)然，結(jié)合現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展以及用戶需求，只能猜測未來5G技術(shù)大概的樣貌?，F(xiàn)在成本問題還沒有上升到5G技術(shù)話題的討論范圍內(nèi)，所以5G候選技術(shù)的可討論范圍就大很多。本文同樣如此，先撇開成本考慮，簡單介紹幾個(gè)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)有徹底破壞性變革的技術(shù)。

　　5G候選技術(shù)如下：

　　1、極致增密

　　網(wǎng)絡(luò)增密不是新技術(shù)，在3G網(wǎng)絡(luò)剛一開始遇到擁堵問題時(shí)，移動(dòng)運(yùn)營商就意識(shí)到需要在系統(tǒng)或多個(gè)扇區(qū)引入新的蜂窩(cell)，這帶動(dòng)了smallcell等多種類似產(chǎn)品的興起，這一技術(shù)本質(zhì)上是把接入點(diǎn)移到離用戶更近的地方。簡單來說，基本上是沒有其他方式來大幅增加整個(gè)系統(tǒng)或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。

　　5G網(wǎng)絡(luò)很可能是由多層連接組成，也就是說不同大小、類型小區(qū)構(gòu)成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：對(duì)數(shù)據(jù)連接速率要求低的區(qū)域用宏站層覆蓋，對(duì)傳輸速率要求高的區(qū)域用顆粒層覆蓋，中間再穿插其他的網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)部署和協(xié)調(diào)是主要的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫\(yùn)營商需要以指數(shù)級(jí)增長網(wǎng)絡(luò)層。

　　2、多網(wǎng)協(xié)同

　　未來會(huì)有多張網(wǎng)絡(luò)一起為用戶終端提供連接：移動(dòng)蜂窩、WiFi、終端對(duì)終端連接等等。5G系統(tǒng)應(yīng)該能緊密協(xié)調(diào)這些網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供不中斷的順暢體驗(yàn)。目前，協(xié)同多張網(wǎng)絡(luò)仍然是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。Hotspot2.0與下一代Hotspot的案例會(huì)是蜂窩與WiFi集成的一個(gè)參考。5G能否讓終端設(shè)備在幾張網(wǎng)絡(luò)間順利切換，還有待觀察，如何無縫地從一張網(wǎng)絡(luò)切到另一張上的確是一個(gè)最大的挑戰(zhàn)。

　　3、全雙工

　　所有現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都依賴雙工模式來管理上傳和下載，有時(shí)分雙工，有頻分雙工，比如說LTEFDD，其上行和下行需要兩個(gè)單獨(dú)的信道，而TDD呢，無論上行還是下行都采用同一個(gè)信道，只是時(shí)隙不同。

　　要想?yún)f(xié)調(diào)好上下行，雙工模式肯定是必不可少的，但全雙工技術(shù)現(xiàn)在仍在討論中。如果采用這個(gè)技術(shù)方案，終端設(shè)備可同時(shí)發(fā)送和接收信息，這就有可能使現(xiàn)有的FDD和TDD系統(tǒng)容量翻番。

　　當(dāng)然這項(xiàng)技術(shù)也存在巨大的挑戰(zhàn)：需要從根本消除自干擾，網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備都需要巨大變化。如果克服這些挑戰(zhàn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)容量將實(shí)現(xiàn)巨大增幅。

　　4、毫米波

　　現(xiàn)在，450MHz–2.6GHz的低頻段頻譜幾乎已全部用于移動(dòng)通信了，好在仍然有很多高頻段頻譜可用，這部分頻譜有的高達(dá)300GHz。自然，相比運(yùn)營商熟悉的低頻段頻譜，如何應(yīng)用好這些高頻段頻譜，所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)也復(fù)雜很多，比如說頻段越高，建筑物穿透就越困難，只是一面簡單的墻就能成為毫米波信號(hào)的穿透障礙。

　　不過，還有一些高頻段的GHz頻譜已有占用：短距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、可視范圍連接等等，它們用來為無線連接提供了更高的速率。

　　毫米波可以用于室內(nèi)smallcell(這也符合以上提到的網(wǎng)絡(luò)增密)，為一些密集區(qū)域提供高速連接。毫米波的高頻段特性意味著天線會(huì)非常的小，它對(duì)設(shè)備影響的范圍也相當(dāng)小。然而，Ovum認(rèn)為，毫米波是一項(xiàng)超前的技術(shù)，可能需要很多年的研發(fā)，才能使其具備成本效益能大規(guī)模投向市場。

　　需要注意的是，毫米波技術(shù)的發(fā)展也不是最新的，2009年成立的WiGig聯(lián)盟旨在建立全球千兆級(jí)高速無縫傳輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)注重點(diǎn)是60GHz頻段，這個(gè)聯(lián)盟匯聚了無線領(lǐng)域幾乎所有的行業(yè)巨頭;2014年6月，谷歌收購了由兩位Clearwire前工程師創(chuàng)辦的企業(yè)Alpental，這家公司致力于發(fā)展自組織、超低功耗、毫米波千兆無線技術(shù)，主要是60GHz頻段。

　　5、大規(guī)模陣列天線

　　LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)采用了MIMO技術(shù)，相比單一天線，MIMO能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。大規(guī)模陣列天線MIMO技術(shù)是MIMO技術(shù)的擴(kuò)展和延伸，其基本特征就是在基站側(cè)配置大規(guī)模的天線陣列(從幾十至幾千)，利用空分多址(SDMA)原理，同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶。這一技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)容量提升帶來的益處是非常大的，當(dāng)然也存在巨大挑戰(zhàn)。不過市場普遍對(duì)這一技術(shù)很感興趣，一家名為Artemis的初創(chuàng)公司，就在開發(fā)基于大規(guī)模陣列天線的pCells新型無線技術(shù)，非常適合用在高密度的用戶地區(qū)。

　　6、虛擬化、軟件控制以及云架構(gòu)

　　向5G演進(jìn)的并行趨勢還有軟件和云，屆時(shí)網(wǎng)絡(luò)是由分布式數(shù)據(jù)中心驅(qū)動(dòng)的，由后者提供敏捷性、集中控制以及軟件升級(jí)。像SDN、NFV、云以及開放生態(tài)系統(tǒng)都有可能是5G的基礎(chǔ)技術(shù)，當(dāng)然行業(yè)也在繼續(xù)討論如何利用這些技術(shù)和體系架構(gòu)的優(yōu)勢。

　　盡管這些也不是新技術(shù)，但仍有可能在5G時(shí)代得到大規(guī)模應(yīng)用，因?yàn)樵跒閿?shù)十億上百億個(gè)設(shè)備提供連接時(shí)，網(wǎng)絡(luò)需要利用這些技術(shù)來提升性能。

　　考慮到現(xiàn)有的技術(shù)和需求，以上提到的所有技術(shù)都有很大的潛力應(yīng)用在5G網(wǎng)絡(luò)中。Mavrakis認(rèn)為，最后選定哪些技術(shù)可能需要一個(gè)相當(dāng)長的比較過程，哪些技術(shù)能勝出取決于：性能、部署、成本、政策等多項(xiàng)因素。不過做這樣一個(gè)假設(shè)應(yīng)當(dāng)是合理的：成本最低的技術(shù)有最大的勝算可能，這和LTE-Advanced的發(fā)展情況是類似的。