探讨:构建5G的五项关键技术

5G相比当今LTE-Advanced网络将会产生巨大突破。因此,我们有必要研究一下有助于引领4G到5G转变的五个关键领域。这五个领域中有四个将促使这一转变通过被称为LTE-Advanced Pro(4.5G)的中间阶段过渡,这使得这场革命更具渐进色彩。

 

业界广泛认为,5G移动通信直到2020或2021年才会提供,甚至即便到那时也不会广泛提供。但是,随着移动数据流量持续增长(过去5年翻了18倍),可以预计5G将比以往更快地到来。思科(Cisco)预测,到2021年,5G连接将比一般的4G连接产生多4.7倍的流量。图1显示了这种增长。

 

探讨:构建5G的五项关键技术

图1:移动数据流量持续增长。(来源:思科)

 

5G相比当今LTE-Advanced网络将会产生巨大突破。因此,我们有必要研究一下有助于引领4G到5G转变的五个关键领域。这五个领域中有四个将促使这一转变通过被称为LTE-Advanced Pro(4.5G)的中间阶段过渡,这使得这场革命更具渐进色彩。

 

速度和馈送

 

在这个领域,接入技术将从LTE-Advanced的1Gbps增加到5G的每个小区20Gbps吞吐率/下行链路速率。达到这个速度需要从LTE-Advanced Pro开始经历多个阶段。LTE-Advanced Pro已在目前的规范中有所定义,它使用载波聚合(多达32个载波)、高达16根天线的大规模MIMO(多入多出)和更高阶的调制方案(如图2所示的256 QAM)等多种技术,可以实现3Gbps速率。

 

探讨:构建5G的五项关键技术

图2:256 QAM是5G将会采用的、用于提高数据速率的一种技术。

 

3Gbps的数据速率无需大改无线电技术即可实现。这是每家运营商利用其当前基础设施并提前布局5G所必须采取的中间阶段。

 

未授权频谱使用

 

目前,包括T-Mobile和Verizon在内的几家主要运营商都在未授权频谱部署LTE(LTE-U),而AT&T正在针对该事宜积极推行虚拟机方案。

 

为实现更高的吞吐率要求,授权载波频谱不够用。Wi-Fi(蜂窝通信的远亲)多年来一直在使用未授权频谱。

 

我之所以将Wi-Fi称为蜂窝通信的“远亲”,是因为它除了不受管制,还与授权运营商频谱非常相似。Wi-Fi是免费的,因此直到最近,质量基本上不是问题。运营商已经开始推出热点,尽可能将蜂窝流量卸载到Wi-Fi,因此给网络带来额外压力。但是,Wi-Fi有很多非授权频谱可以被LTE利用。

 

因为终端客户和运营商并不会过分担心这种“免费服务”的质量,所以过去在住宅环境通常可以接受。但在过去几年,由于Wi-Fi技术为获得更好质量和规范化接入进行的技术改进,这种心态已经发生改变:

 

使用LDPC(低密度极性校验码)等极性码进行纠错。 更高阶的QAM,即Wi-Fi目前可以实现256 QAM,且即将达到1024 QAM。 4×4 MIMO和多用户MIMO,可增加吞吐率并与更多用户同时工作。

 

将载波聚合的概念扩展到未授权载波(与Wi-Fi中使用的频谱相同),将能为运营商提供更多选择来增加小区带宽。

 

对于当今未授权频谱中的巨大频谱资源,以及将要发布的新资源,除了要寻找方法来卸载数十亿物联网设备,5G网络还将要利用这一空间来实现超高速接入需求。

 

IoT设备

 

IoT设备提出了各种各样的要求和挑战。

 

毫无疑问,海量设备将对5G网络构成巨大挑战。 IoT设备与传统的蜂窝设备不同,其本质上是非常零散的。许多IoT设备在发送少量字节数据之前长时间处于“睡眠”状态。5G网络需要对这些设备不频繁却重要的通信进行规划。 IoT设备还为各种安全威胁提供了可乘之机。许多这些设备可被用于传播恶意软件或对网络实施安全攻击。

 

在处理智能手机等常规蜂窝设备的同时处理IoT设备,对于接入网和核心网来说是项艰巨任务。现在,从LTE网络开始着手这项任务,将能够在5G网络到来时更平滑地实现过渡。例如,诺基亚、Sprint和Verizon只是今年开始测试5G的大牌公司中的几个,而许多运营商声称它们“不久”也将开始测试5G网络。

 

虚拟化:NFV(网络功能虚拟化)和SDN(软件定义网络)

 

虚拟化在节省运营商成本、处理网络灵活需求以及增加运营商选择方面,好处非常明显。5G网络由于所涉范围两端的极端需求(包括偶尔发送几个字节,以及不同用例数据量大幅增加),创造了与虚拟化网络功能相结合的强大需求(NFV见图3)。

 

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图3:NFV基于其将传输的类型或数据切分核心网。

 

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