5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)淺析

張銘

【摘 要】現(xiàn)今移動通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建成并應(yīng)用到了第四代通信網(wǎng)絡(luò)即4G通信，為了適應(yīng)增長越來越快的移動數(shù)據(jù)通信的需求，新一代的5G通信網(wǎng)絡(luò)正在緊鑼密鼓的研發(fā)中。論文介紹了5G的前景、5G面臨的挑戰(zhàn)及其開啟的浸入式體驗與連接。

【Abstract】The mobile communication network has been built and applied to the fourth generation communication network， also called 4G communication， in order to adapt to meet the faster growing demand for mobile data communication， a new generation of 5G communication networks is in the process of research and development. This paper introduces the prospect of 5G ， and the challenges that it will face， and its immersion experience and connection.

【關(guān)鍵詞】5G；光傳送網(wǎng)；智能

【Keywords】5G；OTN ；intelligence

【中圖分類號】TP393 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0191-02

1 引言

移動通信已經(jīng)經(jīng)歷了四代發(fā)展歷程，第五代移動通信系統(tǒng)（5G）將在大幅提升移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗的同時，全面支持物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)人與物、人與人和物與物之間的海量智能互聯(lián)。相比4G，5G在用戶體驗速率、連接數(shù)密度、移動性、流量密度、端到端時延、頻譜效率、能效、成本等方面的需求均有1～2個數(shù)量級的提升，難以在現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)下來實現(xiàn)。未來移動通信更高的帶寬、更小的蜂窩、更密集而靈活的無縫覆蓋需求將更依賴于可提供穩(wěn)定大容量信道并具有靈活資源調(diào)配能力的光通信網(wǎng)絡(luò)[1]。5G時代的光網(wǎng)絡(luò)將面臨比以往更大的機遇和挑戰(zhàn)，光網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)也將最終走向融合和統(tǒng)一。

2 5G前景展望

3G和4G使人與人相聯(lián)，而5G則會使萬物互聯(lián)。之前有相關(guān)公司數(shù)據(jù)顯示，到2020年聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量將達到250億到500億部。從我個人角度分析，我認為再用狹義的“用戶數(shù)”這一單一層級預(yù)測5G未來的發(fā)展也許已經(jīng)不合時宜。未來，5G的“用戶”將更加廣泛，呈指數(shù)級增長——家居、汽車、生產(chǎn)線、機器人、無人機、農(nóng)業(yè)基地、高速鐵路、城市等幾乎所有的一切都將聯(lián)網(wǎng)。5G時代，我們的生活將變得更不一樣，5G將支持的場景：車輛與其他終端間的通信；智慧城市；遠程監(jiān)測、醫(yī)療和機器人；增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）；新形態(tài)安全的超視距無人機操控等[2]。

從本質(zhì)來講，構(gòu)建4G網(wǎng)絡(luò)的宗旨在于密切溝通各個群體，因此體現(xiàn)了人之間的互聯(lián)。相比來看，5G網(wǎng)可以做到連接萬物，體現(xiàn)了更高的互聯(lián)價值。截止到2020年，世界各地整體上可達250億左右的聯(lián)網(wǎng)終端。因此可見，如果把5G網(wǎng)絡(luò)單純局限于用戶數(shù)的層次上，那么很難符合新時期的網(wǎng)絡(luò)化形勢，對此亟待加以全面的改進。進入5G時代之后，網(wǎng)絡(luò)將會覆蓋于日常生活，具體涉及城市建設(shè)、高鐵建設(shè)、構(gòu)建農(nóng)業(yè)基地、無人機、生產(chǎn)線以及家居等多樣化的層面。

進入5G的新時期后，民眾的日常生活將會體現(xiàn)為全方位的改進。這是由于，5G可以用來支持不同類型的終端通信，在此前提下構(gòu)建了遠程監(jiān)測與智慧城市，同時也連通了虛擬現(xiàn)實以及增強現(xiàn)實。通過運用全新的超視距手段，針對無人機就能實現(xiàn)實時性的操控。

然而不應(yīng)當忽視，相比于其他類型的連接技術(shù)，建立于5G前提下的網(wǎng)絡(luò)連接具備更高層次的復(fù)雜度。這是因為，5G在客觀上突顯了更強的適應(yīng)性以及靈活性，針對各種類型的終端也體現(xiàn)了較強的差異性。目前的狀態(tài)下，微型傳感器、移動熱點以及智能手機都可以連接于網(wǎng)絡(luò)。此外，5G還能用來支撐規(guī)模較小的基站，因地制宜實現(xiàn)多樣化的場景部署。

業(yè)界普遍的預(yù)測是，5G最早將在2019年實現(xiàn)部署，它將帶來超低延遲，數(shù)千兆的下載和上傳速率、擁有十年以上續(xù)航的更高效的機器通信、支持在多個頻段利用共享頻譜、能夠支持關(guān)鍵任務(wù)型服務(wù)（零容差率）的更可靠更安全網(wǎng)絡(luò)，以及應(yīng)對數(shù)據(jù)和聯(lián)網(wǎng)終端激增的更廣覆蓋和更高效率。

3 5G面臨的挑戰(zhàn)

作為主要承載網(wǎng)絡(luò)的光傳送網(wǎng)，面對5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬和高容量、低時延、高可靠、靈活化和智能化等承載需求，結(jié)合光傳送網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，其未來發(fā)展將面臨如下一些挑戰(zhàn)：

第一，低時延和靈活化高性能方案選擇及實現(xiàn)端到端ms量級的超低時延是5G網(wǎng)絡(luò)典型的性能要求，而靈活化將是5G網(wǎng)絡(luò)面向用戶的基本屬性。為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用的靈活化，光傳送網(wǎng)需要提供承載帶寬的靈活化，需要采用譬如基于電層的帶寬調(diào)整（G.HAO、FlexO/E等）、基于光層的帶寬調(diào)整（靈活柵格、可調(diào)收發(fā)等）等來實現(xiàn)，但這些帶寬的靈活調(diào)整如何與5G業(yè)務(wù)的實際應(yīng)用進行無縫的配合（同時也包括傳送網(wǎng)在前傳網(wǎng)絡(luò)、回傳網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)之間的靈活化協(xié)同等），仍然面臨很多問題需要進一步研究。光傳送網(wǎng)長距離組網(wǎng)時主要時延由物理光纖鏈路帶來，而光纖鏈路時延長一般除了選擇更優(yōu)的物理鏈路路由之外無其他技術(shù)解決方法，因此光傳送網(wǎng)降低時延的技術(shù)將主要聚焦于節(jié)點處理，其中最主要的是電層信號處理，譬如FEC和DSP處理技術(shù)等，由于這些技術(shù)的處理時延與傳輸性能成反比關(guān)系，如何在保證傳輸性能的同時進一步降低處理時延將面臨技術(shù)挑戰(zhàn)[3]。

第二，光傳輸技術(shù)方案選擇及實現(xiàn)按照移動網(wǎng)絡(luò)的典型承載需求，傳送網(wǎng)絡(luò)主要由前傳網(wǎng)絡(luò)、回傳網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)等組成。按照目前5G愿景的發(fā)展目標，無論是前傳，還是回傳和核心網(wǎng)傳輸，光傳送網(wǎng)均面臨技術(shù)方案選擇及實現(xiàn)的多樣化挑戰(zhàn)，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)目前從整體上尚未對于端到端性能指標的劃分、無線網(wǎng)元前傳功能的分割等進一步明確。面向5G的光傳輸方案選擇及具體實現(xiàn)仍面臨巨大的挑戰(zhàn)性和不確定性。尤其是前傳網(wǎng)絡(luò)更為明顯，典型如超大容量和高密集的無線接入已經(jīng)使得前傳網(wǎng)絡(luò)的光纖直驅(qū)模式在5G網(wǎng)絡(luò)中無法普遍應(yīng)用[4]。選擇何種滿足前傳性能和功能要求的傳輸技術(shù)、無線前傳網(wǎng)元之間的有線接口制式等仍需進一步研究。endprint

第三，與其他網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)和互通。5G網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)絡(luò)除了光傳送網(wǎng)之外，還包括IP承載網(wǎng)以及基于其他形式（譬如無線承載）的承載網(wǎng)。針對各種類型的網(wǎng)絡(luò)來講，如果要實現(xiàn)全方位的互通，那么整體難度仍是較大的。這是由于，各種類型的網(wǎng)絡(luò)都具有各異的承載性能，因此也將面對突顯的挑戰(zhàn)。未來在實踐中，技術(shù)人員還需致力于構(gòu)建全新的5G架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上致力于實現(xiàn)統(tǒng)一與協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

4 5G開啟浸入式體驗與連接

下一代無線寬帶將永久改變?nèi)藗兊耐ㄐ藕瓦B接方式。以AR（擴增實境）和VR（虛擬現(xiàn)實）為例，二者將發(fā)生融合，頭戴設(shè)備將能夠根據(jù)所需，支持其中的任一種技術(shù)。智能手機將變得更加強大，更具吸引力。數(shù)據(jù)傳輸速度將大幅提升，使我們能夠傳輸8K環(huán)繞聲視頻，以打造終極移動娛樂。5G將帶來實現(xiàn)無線AR和VR所需的增強移動寬帶數(shù)據(jù)率和低延遲，VR頭戴設(shè)備讓人們幾乎在任何地方都可以獲得浸入式真實體驗[5]。

為了體現(xiàn)更高層次的傳輸性能，確保符合最根本的傳輸效能要求，有關(guān)部門及其人員都要致力于全方位的技術(shù)演進與技術(shù)更新，在此前提下致力于提升光傳輸?shù)膶嵭?。相比?G或者3G的網(wǎng)絡(luò)，建立于5G前提下的新型網(wǎng)絡(luò)傳輸具備更高層次的綜合效益，因此也有助于提供最根本的技術(shù)保障。未來在實踐中，技術(shù)人員還需逐步探求高容量與大帶寬的新型5G網(wǎng)絡(luò)，以此來應(yīng)對突顯的技術(shù)挑戰(zhàn)。

這樣的技術(shù)進步并非一蹴而就。漸進式發(fā)展與細致的規(guī)劃將為我們多年的創(chuàng)新鋪平道路。為滿足這些傳輸需求并解決技術(shù)挑戰(zhàn)，業(yè)界需要推動光傳送網(wǎng)技術(shù)加速革新和演進，為5G網(wǎng)絡(luò)未來快速發(fā)展提供關(guān)鍵的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)保障。

【參考文獻】

【1】翟冠楠，李昭勇.5G無線通信技術(shù)概念及相關(guān)應(yīng)用[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2013（09）：123-136.

【2】王栓杰，李華.MOOC教學(xué)模式與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工科教育中的綜合運用淺析[J].無線互聯(lián)網(wǎng)科技，2014（1）：224.

【3】曹健.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)淺析[J].科技資訊，2015（09）：167.

【4】路璞.無線通信抗干擾技術(shù)分析[J].信息與電腦（理論版），2013（02）：111-112.

【5】陳曉貝，魏克軍.全球5G研究動態(tài)和標準進展[J]. 電信科學(xué).2015（05）：16-19.endprint