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官方商城作為下一代移動通信網(wǎng)絡標準的5G技術集合了世界范圍內(nèi)ICT專家和科研工作者的智慧結晶，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畫卷。這是迄今為止，人類對于看似遙不可及的未來移動通信技術最大膽的想象。對于5G協(xié)議標準的官方命名是New Radio（NR），俗稱新空口技術。很多讀者十分感興趣的是，5G相比4G移動通信在技術特點以及組網(wǎng)運維方面到底新在了哪些方面？為此，本報記者特地邀請業(yè)界著名移動通信專家張陽博士，在本報開辟了“5G新在哪兒”專欄，從各個角度介紹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計理念與發(fā)展方向。
5G作為一種全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新的技術，可以認為是第一次真正以應用為導向進行的通信協(xié)議標準制定和系統(tǒng)設計，是一次由高層帶動底層設計的革命。5G作為通信系統(tǒng)中的“變形金剛”，提供了一整套統(tǒng)一基礎的框架機構，可以適用于多種應用需求。歸納而言，包括如下新特點：
新的應用需求
5G作為一種以應用驅(qū)動進行設計的通信系統(tǒng)架構，其設計之初的目標以及需求非常明確，主要是為了提供高可靠性（低誤碼率）、低時延服務，其中高可靠性意味著在限定的時延下傳送近似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）來評估可靠性，不同的URLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications） 用例對于所需的比率以及時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)架構設計時強調(diào)一種更高的適配性，空口是一種標準化接入層技術，可以通過軟硬件資源、頻率、參數(shù)調(diào)整適配不同的應用場景以及需求；而5G對于低時延的目標則有明確的衡量標準，例如控制面時延是指設備從IDLE態(tài)轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸狀態(tài)的時延，目標值為10ms，而對比LTE的時延則是50～100ms。用戶面時延指UE/BS不處于DRX狀態(tài)下，應用層數(shù)據(jù)包通過無線協(xié)議棧2/3層進口SDU到對端無線協(xié)議棧2/3層出口SDU的時延，對于上下行的用戶面時延要求都是0.5ms（注：LTE一個子幀1ms，一個時隙0.5ms）。間歇式的小包業(yè)務（IoT）時延是在基于最大路損164dB前提下，上行發(fā)送20byte應用數(shù)據(jù)包時（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)特點也各不相同。例如對于去中心化部署方式，其網(wǎng)絡節(jié)點扁平化，接入網(wǎng)元節(jié)點互聯(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共站址進行組網(wǎng)部署，既可以通過共基帶處理單元實現(xiàn)物理資源深度融合，也可以單純地以共機框、共機房、共天面的方式實現(xiàn)物理資源的復用，這種組網(wǎng)方式可以通過異系統(tǒng)互聯(lián)以及業(yè)務均衡方式最大化利用頻譜資源，同時比較容易實現(xiàn)負荷分擔；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分離實現(xiàn)了協(xié)議棧之間的解耦，同時可以節(jié)省基站機房資源，很好地實現(xiàn)負荷和資源的分擔利用，也可以提升CoMP多點協(xié)作等技術的性能；跨運營商共享組網(wǎng)方式可以采取異構組網(wǎng)方式（多個小區(qū)域），共享接入網(wǎng)頻率，可以是公共頻率也可以是某一運營商頻率。在非共享區(qū)域與共享區(qū)域之間的移動性能應該與LTE網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)的移動性能相當。
新的接入網(wǎng)絡架構
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，負責提供NR的用戶面和控制面協(xié)議；另外一種是升級版的LTE基站eNodeB，負責提供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（eNodeB）之間的接口稱作X2接口，而5G接入網(wǎng)邏輯節(jié)點（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)架構在標準協(xié)議中進行了多種定義，較常用的包括獨立組網(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)方式的特點是可利舊升級存量LTE基站，進行核心網(wǎng)替換，網(wǎng)絡投資較?。瑫r包括非獨立組網(wǎng)的Option3/3A（NR非獨立設置，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)升級利舊）和Option7/7A方案（NR非獨立設置，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)設備，替換現(xiàn)有核心網(wǎng)）。
新的應用場景
5G應用場景主要包含三大類，eMBB（enhanced Mobile BroadBand）增強型移動寬帶服務（相比URLLC可能有一定時延）,此類場景的典型應用例如AR/VR、高清電視信號傳輸?shù)葘τ趲挼男枨蠛芨?，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行的實時影像回傳；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，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，可以實現(xiàn)物品遠程定位、數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控或者對于物的自動化管控；URLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）極端可靠低時延通信面向?qū)τ跁r延相當敏感，對網(wǎng)絡性能極端依賴的那些應用需求，例如車輛自動駕駛接管、遠程醫(yī)療、戶外手術、緊急救援等。
新的評估體系
5G基于傳統(tǒng)4G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡評估體系，衍生出一些新的評估量化維度，例如對于峰值速率的要求進一步提升，單站最高理論速率，目標值是下行20Gbps，上行10Gbps；峰值頻譜效率，頻率歸一化下單站最高理論速率，目標值是下行30bps/Hz和上行15bps/Hz；控制面時延：指從IDLE態(tài)到業(yè)務傳輸態(tài)，目標值為10ms；用戶面時延：不考慮DRX下，端到端數(shù)據(jù)包傳輸時延，對于URLLC業(yè)務，目標值上行0.5ms，下行0.5ms，對于eMBB業(yè)務，目標值為上行4ms和下行4ms；間歇小包業(yè)務時延：端到端數(shù)據(jù)包傳輸時延，在最大路損164dB條件下，傳送20byte應用包時延不超過10秒；移動服務中斷時間：這項指標主要評估NR系統(tǒng)內(nèi)同頻切換或者異頻切換系統(tǒng)服務中斷時間，目標為0ms，在特殊場景下，例如偏遠低價值區(qū)域，該指標門限可適當放寬，10秒；可靠性：該指標評估在特定信道環(huán)境下，在指定時延下，空口端到端包傳送成功率，對于一般URLLC業(yè)務，目標值為用戶面時延1ms，傳送32byte成功率為99.99999%；覆蓋：邊緣速率160bps下的最大路損，目標值為164dB；UE電池壽命：mMTC電池壽命10年；UE能量效率：評估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；服務區(qū)域業(yè)務容量：指每單位地理面積下總業(yè)務吞吐率（Mbit/s/m2）；連接密度：給定丟包率前提下能夠提供的連接數(shù)，目標值1000000 device/km2；移動性：意味著在保障QoS下，最大用戶移動速度，目標為500km/h；網(wǎng)絡能耗效率：網(wǎng)絡設備進一步降低功耗，實現(xiàn)綠色節(jié)能。
新技術
5G通過大規(guī)模陣列通道實現(xiàn)的Massive-MIMO天線技術不僅在覆蓋能力方面進一步提升，同時能夠有效緩解容量壓力。在無線空口技術創(chuàng)新方面，5G不僅采取了更優(yōu)化的編碼調(diào)制技術進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)設置以及信令流程進一步支持5G面向多種需求的設計理念。在優(yōu)化組網(wǎng)架構方面，大量引入小基站實現(xiàn)宏微協(xié)同，不僅加強室內(nèi)區(qū)域的深度覆蓋，同時也能針對業(yè)務量動態(tài)變化趨勢實現(xiàn)小區(qū)分裂或者合并，緩解容量攀升帶來的壓力，同時還可以實現(xiàn)用戶定位等輔助應用需求。另外，5G不僅僅是傳統(tǒng)通信技術的革新，由于其大帶寬所帶來的數(shù)據(jù)顆粒度進一步細化，也為與IT技術的深度融合創(chuàng)造了條件，使得邊緣計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、軟件虛擬化、云計算等技術與移動通信技術深度融合發(fā)展成為可能。
新的運維模式
隨著5G業(yè)務的發(fā)展，不僅需要考慮與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡的協(xié)同運維，同時還需要針對5G的獨有特點進行考量。初期5G采取非獨立組網(wǎng)模式（NSA），可以利舊站點快速實現(xiàn)連片部署，但是對于錨定載波的選取、頻率的重耕、與4G網(wǎng)絡的協(xié)同天饋優(yōu)化、鄰區(qū)參數(shù)設置等諸多方面都需要重點關注。另外，還需提前針對5G基站的能耗增加進行節(jié)能措施研究，進行機房配套用電改造的合理規(guī)劃。同時，應對重點業(yè)務區(qū)域潛在大帶寬流量需求，并適配新型的BBU AAU單站架構，需提前進行前傳傳輸網(wǎng)絡資源預留，以及C-RAN架構下涉及機房的改造升級。
新玩家
在傳統(tǒng)通信設備供貨模式中，運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，并結合CU與DU的分離架構可以實現(xiàn)軟硬件充分解耦，導致供貨模式可能產(chǎn)生根本性的變化，由傳統(tǒng)電信設備巨頭控制的通信市場可能會引入更多參與者，更多主導IT軟件研發(fā)的公司可能成為全新的玩家。
新思維
5G技術顛覆傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中組網(wǎng)主體架構更傾向于固定穩(wěn)態(tài)常規(guī)思路，使得運營商能夠通過靈活多變的網(wǎng)絡配置重構網(wǎng)絡。從這一點來看，5G不僅是一種技術標準創(chuàng)新，一種運維流程的革新，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”——智能通道運維能力的提升帶來更好的網(wǎng)絡體驗，更需要憑借其“外延”——在大數(shù)據(jù)變現(xiàn)、內(nèi)容創(chuàng)新等方面促進本身價值的提升，因此，5G是全產(chǎn)業(yè)鏈的共同機遇。
