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第五代移動(dòng)通信技術(shù)5G簡(jiǎn)介
（摘自網(wǎng)絡(luò)，有刪節(jié)）
2013年5月13日，韓國(guó)三星電子有限公司宣布，已成功開發(fā)第5代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的核心技術(shù)，預(yù)計(jì)于2020年開始推向商業(yè)化。2015年5月29日，酷派首提5G新概念：終端基站化。2016年1月7日，工信部召開“5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)”啟動(dòng)會(huì)。2017年2月9日，國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。中國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商于2018年邁出5G商用第一步，并力爭(zhēng)在2020年實(shí)現(xiàn)5G的大規(guī)模商用。
2017年11月15日，工信部發(fā)布《關(guān)于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》，確定5G中頻頻譜。12月21日，5G NR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。
5G的基本概念
第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，外語縮寫：5G。也是4G之后的延伸，正在研究中，網(wǎng)速可達(dá)5M/S - 6M/S .
諾基亞與加拿大運(yùn)營(yíng)商Bell Canada合作，完成加拿大首次5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的測(cè)試。測(cè)試中使用了73GHz范圍內(nèi)頻譜，數(shù)據(jù)傳輸速率為加拿大現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的6倍。鑒于兩者的合作，外界分析加拿大很有可能將在5年內(nèi)啟動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的全面部署。
由于物聯(lián)網(wǎng)尤其是互聯(lián)網(wǎng)汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度有著更高的要求，這無疑成為推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素。因此無論是加拿大政府還是全球各地，均在大力推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)，以迎接下一波科技浪潮。不過，從目前情況來看5G網(wǎng)絡(luò)離商用預(yù)計(jì)還需4到5年時(shí)間。
目前的發(fā)展?fàn)顩r
一》國(guó)外
2013年2月，歐盟宣布，將撥款5000萬歐元。加快5G移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)劃到2020年推出成熟的標(biāo)準(zhǔn)。
2013年5月13日，韓國(guó)三星電子有限公司宣布，已成功開發(fā)第5代移動(dòng)通信（5G）的核心技術(shù)，這一技術(shù)預(yù)計(jì)將于2020年開始推向商業(yè)化。該技術(shù)可在28GHz超高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數(shù)據(jù)，且最長(zhǎng)傳送距離可達(dá)2公里。相比之下，當(dāng)前的第四代長(zhǎng)期演進(jìn)（4GLTE）服務(wù)的傳輸速率僅為75Mbps。而此前這一傳輸瓶頸被業(yè)界普遍認(rèn)為是一個(gè)技術(shù)難題，而三星電子則利用64個(gè)天線單元的自適應(yīng)陣列傳輸技術(shù)破解了這一難題。與韓國(guó)目前4G技術(shù)的傳送速度相比，5G技術(shù)預(yù)計(jì)可提供比4G長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）快100倍的速度。利用這一技術(shù)，下載一部高畫質(zhì)（HD）電影只需十秒鐘。
早在2009年，華為就已經(jīng)展開了相關(guān)技術(shù)的早期研究，并在之后的幾年里向外界展示了5G原型機(jī)基站。華為在2013年11月6日宣布將在2018年前投資6億美元對(duì)5G的技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與創(chuàng)新，并預(yù)言在2020年用戶會(huì)享受到20Gbps的商用5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。
2014年5月8日，日本電信營(yíng)運(yùn)商 NTT DoCoMo 正式宣布將與 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家廠商共同合作，開始測(cè)試凌駕現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò) 1000 倍網(wǎng)絡(luò)承載能力的高速 5G 網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度可望提升至 10Gbps。預(yù)計(jì)在2015年展開戶外測(cè)試，并期望于 2020 年開始運(yùn)作。
2015年3月1日，英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，英國(guó)已成功研制5G網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行100米內(nèi)的傳送數(shù)據(jù)測(cè)試，每秒數(shù)據(jù)傳輸高達(dá)125GB，是4G網(wǎng)絡(luò)的6.5萬倍，理論上1秒鐘可下載30部電影，并稱于2018年投入公眾測(cè)試，2020年正式投入商用。
2015年3月3日，歐盟數(shù)字經(jīng)濟(jì)和社會(huì)委員古澤·奧廷格正式公布了歐盟的5G公司合作愿景，力求確保歐洲在下一代移動(dòng)技術(shù)全球標(biāo)準(zhǔn)中的話語權(quán)。奧廷格表示，5G公私合作愿景不僅涉及光纖、無線甚至衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)相互整合，還將利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN ）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）和霧計(jì)算(Fog Computing)等技術(shù)。在頻譜領(lǐng)域，歐盟的5G公私合作愿景還將劃定數(shù)百兆赫用于提升網(wǎng)絡(luò)性能，60 GHz及更高頻率的頻段也將被納入考慮。
歐盟的5G網(wǎng)絡(luò)將在2020年~2025年之間投入運(yùn)營(yíng)。
2015年9月7日，美國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Verizon無線公司宣布，將從2016年開始試用5G網(wǎng)絡(luò)，2017年在美國(guó)部分城市全面商用。
二》中國(guó)
中國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)在2016-2018年進(jìn)行，分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證和5G系統(tǒng)驗(yàn)證三個(gè)階段實(shí)施。
2016年3月，工信部副部長(zhǎng)陳肇雄表示：5G是新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向，是未來新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。與4G相比，不僅將進(jìn)一步提升用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，同時(shí)還將滿足未來萬物互聯(lián)的應(yīng)用需求。
2017年2月9日，國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。
2017年7月6日，中國(guó)移動(dòng)5G北京試驗(yàn)網(wǎng)啟動(dòng)會(huì)召開，會(huì)議標(biāo)志著由大唐電信集團(tuán)建設(shè)的5G北京試驗(yàn)網(wǎng)正式啟動(dòng)。2017年在北京、上海、廣州、蘇州、寧波5個(gè)城市啟動(dòng)5G試驗(yàn)，驗(yàn)證3.5GHz組網(wǎng)關(guān)鍵性能，以2020年商用為目標(biāo)，為5G時(shí)代的引領(lǐng)做出貢獻(xiàn)。
中國(guó)于2016年1月啟動(dòng)了5G技術(shù)試驗(yàn)，為保證實(shí)驗(yàn)工作的順利開展，IMT-2020(5G)推進(jìn)組在北京懷柔規(guī)劃建設(shè)了30個(gè)站的5G外場(chǎng)。在5G第二階段試驗(yàn)完成之后，第三階段試驗(yàn)于2017年底或2018年初啟動(dòng)；據(jù)預(yù)計(jì)，5G第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本于2018年6月完成，完整版本或于2019年9月完成，并有望在2020年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。
2017年11月15日，工信部發(fā)布《關(guān)于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》，確定5G中頻頻譜，能夠兼顧系統(tǒng)覆蓋和大容量的基本需求。
2017年11月下旬中國(guó)工信部發(fā)布通知，正式啟動(dòng)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第三階段工作，并力爭(zhēng)于2018年年底前實(shí)現(xiàn)第三階段試驗(yàn)基本目標(biāo)。
2018年2月23日，在世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWC)召開前夕，沃達(dá)豐和華為宣布，兩公司在西班牙合作采用非獨(dú)立的3GPP 5G新無線標(biāo)準(zhǔn)和Sub6 GHz頻段完成了全球首個(gè)5G通話測(cè)試。沃達(dá)豐稱，這次測(cè)試使用了測(cè)試網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試設(shè)備執(zhí)行4G至5G雙重連接的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)呼叫。這一連接開始于4G，之后在5G網(wǎng)絡(luò)上建立了數(shù)據(jù)連接。沃達(dá)豐方面還稱，工程師同時(shí)使用相同的方法成功測(cè)試了實(shí)時(shí)高清視頻通話。華為方面表示，這次測(cè)試結(jié)果表明基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G技術(shù)已經(jīng)成熟。
5G的五大技術(shù)
和4G相比，5G的提升是全方位的，按照3GPP的定義，5G具備高性能、低延遲與高容量特性，而這些優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五大技術(shù)上。
1.毫米波
眾所周知，隨著連接到無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現(xiàn)在而言，我們還只能在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬，這極大的影響了用戶的體驗(yàn)。
那么5G提供的幾十個(gè)Gbps峰值速度如何實(shí)現(xiàn)呢？
眾所周知，無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法，一是增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。5G使用毫米波(26.5～300GHz)就是通過第二種方法來提升速率，以28GHz頻段為例，其可用頻譜帶寬達(dá)到了1GHz，而60GHz頻段每個(gè)信道的可用信號(hào)帶寬則為2GHz。
在移動(dòng)通信的歷史上，這是首次開啟新的頻帶資源。在此之前，毫米波只在衛(wèi)星和雷達(dá)系統(tǒng)上被應(yīng)用，但現(xiàn)在已經(jīng)有運(yùn)營(yíng)商開始使用毫米波在基站之間做測(cè)試。
當(dāng)然，毫米波最大的缺點(diǎn)就是穿透力差、衰減大，因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環(huán)境下傳輸并不容易，而小基站將解決這一問題。
2. 小基站
上文提到毫米波的穿透力差并且在空氣中的衰減很大，但因?yàn)楹撩撞ǖ念l率很高，波長(zhǎng)很短，這就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基站的基礎(chǔ)。
可以預(yù)見的是，未來5G移動(dòng)通信將不再依賴大型基站的布建架構(gòu)，大量的小型基站將成為新的趨勢(shì)，它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。
因?yàn)轶w積的大幅縮小，我們?cè)O(shè)置可以在250米左右部署一個(gè)小基站，這樣排列下來，運(yùn)營(yíng)商可以在每個(gè)城市中部署數(shù)千個(gè)小基站以形成密集網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)基站可以從其它基站接收信號(hào)并向任何位置的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)然，你大可不必?fù)?dān)心功耗問題，雷鋒網(wǎng)之前曾報(bào)道過：小基站不僅在規(guī)模上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大基站，功耗上也大大縮小了。
除了通過毫米波廣播之外，5G基站還將擁有比現(xiàn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站多得多的天線，也就是Massive MIMO技術(shù)。
3.MassiveMIMO技術(shù)
現(xiàn)有的4G基站只有十幾根天線，但5G基站可以支持上百根天線，這些天線可以通過Massive MIMO技術(shù)形成大規(guī)模天線陣列，這就意味著基站可以同時(shí)從更多用戶發(fā)送和接收信號(hào)，從而將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量提升數(shù)十倍倍或更大。
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的意思是多輸入多輸出，實(shí)際上這種技術(shù)已經(jīng)在一些4G基站上得到了應(yīng)用。但到目前為止，Massive MIMO僅在實(shí)驗(yàn)室和幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中進(jìn)行了測(cè)試。
隆德大學(xué)教授Ove Edfors曾指出，“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當(dāng)傳統(tǒng)系統(tǒng)使用時(shí)域或頻域?yàn)椴煌脩糁g實(shí)現(xiàn)資源共享時(shí)，Massive MIMO則導(dǎo)入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地臺(tái)采用大量的天線以及為其進(jìn)行同步處理，如此則可同時(shí)在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益?！?/FONT>
毋庸置疑，Massive MIMO是5G能否實(shí)現(xiàn)商用的關(guān)鍵技術(shù)，但是多天線也勢(shì)必會(huì)帶來更多的干擾，而波束成形就是解決這一問題的關(guān)鍵。
4.波束成形
Massive MIMO的主要挑戰(zhàn)是減少干擾，但正是因?yàn)镸assive MIMO技術(shù)每個(gè)天線陣列集成了更多的天線，如果能有效地控制這些天線，讓它發(fā)出的每個(gè)電磁波的空間互相抵消或者增強(qiáng)，就可以形成一個(gè)很窄的波束，而不是全向發(fā)射，有限的能量都集中在特定方向上進(jìn)行傳輸，不僅傳輸距離更遠(yuǎn)了，而且還避免了信號(hào)的干擾，這種將無線信號(hào)(電磁波)按特定方向傳播的技術(shù)叫做波束成形(beamforming)。
這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅如此，它可以提升頻譜利用率，通過這一技術(shù)我們可以同時(shí)從多個(gè)天線發(fā)送更多信息；在大規(guī)模天線基站，我們甚至可以通過信號(hào)處理算法來計(jì)算出信號(hào)的傳輸?shù)淖罴崖窂?，并且最終移動(dòng)終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波信號(hào)被障礙物阻擋以及遠(yuǎn)距離衰減的問題。
5.全雙工
全雙工技術(shù)是指設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)占用相同的頻率資源同時(shí)進(jìn)行工作，使得通信兩端在上、下行可以在相同時(shí)間使用相同的頻率，突破了現(xiàn)有的頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)模式，這是通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)雙向通信的關(guān)鍵之一，也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關(guān)鍵技術(shù)。
5G標(biāo)準(zhǔn)正在進(jìn)入全球統(tǒng)一加速的階段
2015年10月12日，世界電信展在匈牙利布達(dá)佩斯舉行，在TD-LTE技術(shù)和頻譜發(fā)展研討會(huì)上，國(guó)際電聯(lián)秘書長(zhǎng)趙厚麟表示，2019年國(guó)際電聯(lián)將推出5G標(biāo)準(zhǔn)。
5G標(biāo)準(zhǔn)可由“關(guān)鍵指標(biāo)“和”一組關(guān)鍵技術(shù)“共同定義。關(guān)鍵指標(biāo)是指Gbps的用戶體驗(yàn)速率，一組5G的關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線，超密集組網(wǎng)，新型多址技術(shù)、全頻譜接入及新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?！?/FONT>
此前，聯(lián)合國(guó)旗下的國(guó)際電信聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱ITU）公布第五代行動(dòng)網(wǎng)路（5G）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的時(shí)間表，顯示不論是5G的標(biāo)準(zhǔn)或是相關(guān)系統(tǒng)都將在2020年出爐，5G系統(tǒng)也正式命名為IMT-2020，可望于（2015年）年10月通過表決。而5G將帶來最高20Gbps的傳輸速率。
2015年年3月，華為宣布，與日本最大的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT DOCOMO合作，對(duì)5G空口(移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中基站與移動(dòng)終端之間的接口 )新技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試。
實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在100MHz帶寬下，單小區(qū)平均下行吞吐量達(dá)到1.34Gb/s(167.5MB/s)，峰值下行吞吐量達(dá)到3.6Gb/s(400MB/s)。也就是5G最快每秒可達(dá)3.6G。
5G標(biāo)準(zhǔn)正在進(jìn)入全球統(tǒng)一加速的階段。2015年6月，國(guó)際電信聯(lián)盟明確了5G的名稱、愿景和時(shí)間表等關(guān)鍵內(nèi)容，并定義了5G的主要應(yīng)用場(chǎng)景。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP也明確將從2016年開始制定5G標(biāo)準(zhǔn)，2018年將完成標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)。
2016年11月23日，據(jù)《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》消息，我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)商用時(shí)間表已正式出爐。根據(jù)工信部、中國(guó)IMT-2020（5G）推進(jìn)組的工作部署以及三大運(yùn)營(yíng)商的5G商用計(jì)劃，我國(guó)將于2017年展開5G網(wǎng)絡(luò)第二階段測(cè)試，2018年進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)組網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上于2019年啟動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，最快2020年正式商用5G網(wǎng)絡(luò)。
5G主要特點(diǎn)
從用戶體驗(yàn)看，5G具有更高的速率、更寬的帶寬，預(yù)計(jì)5G網(wǎng)速將比4G提高10倍左右，只需要幾秒即可下載一部高清電影，能夠滿足消費(fèi)者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻等更高的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)需求。
從行業(yè)應(yīng)用看，5G具有更高的可靠性，更低的時(shí)延，能夠滿足智能制造、自動(dòng)駕駛等行業(yè)應(yīng)用的特定需求，拓寬融合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展。
從發(fā)展態(tài)勢(shì)看，5G目前還處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究階段，今后幾年4G還將保持主導(dǎo)地位、實(shí)現(xiàn)持續(xù)高速發(fā)展。但5G 有望2020 年正式商用。
5G 網(wǎng)絡(luò)展望
超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)
未來 5G 網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、 寬帶化、 綜合化、 智能化的方向發(fā)展。隨著各種智能終端的普及，面向 2020 年及以后，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。在未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中， 減小小區(qū)半徑， 增加低功率節(jié)點(diǎn)數(shù)量，是保證未來 5G 網(wǎng)絡(luò)支持 1 000 倍流量增長(zhǎng)的核心技術(shù)之一 。因此， 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成為未來 5G 網(wǎng)絡(luò)提高數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵技術(shù)。
未來無線網(wǎng)絡(luò)將部署超過現(xiàn)有站點(diǎn) 10 倍以上的各種無線節(jié)點(diǎn)，在宏站覆蓋區(qū)內(nèi)，站點(diǎn)間距離將保持 10 m 以內(nèi)，并且支持在每 1 km2 范圍內(nèi)為 25 000個(gè)用戶提供服務(wù) 。同時(shí)也可能出現(xiàn)活躍用戶數(shù)和站點(diǎn)數(shù)的比例達(dá)到 1∶ 1的現(xiàn)象， 即用戶與服務(wù)節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。密集部署的網(wǎng)絡(luò)拉近了終端與節(jié)點(diǎn)間的距離，使得網(wǎng)絡(luò)的功率和頻譜效率大幅度提高，同時(shí)也擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，擴(kuò)展了系統(tǒng)容量，并且增強(qiáng)了業(yè)務(wù)在不同接入技術(shù)和各覆蓋層次間的靈活性。雖然超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在 5G 中有很大的發(fā)展前景，但是節(jié)點(diǎn)間距離的減少，越發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署將使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜， 從而容易出現(xiàn)與現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)不兼容的問題。在 5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，干擾是一個(gè)必須解決的問題。網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要有：同頻干擾， 共享頻譜資源干擾， 不同覆蓋層次間的干擾等。現(xiàn)有通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)算法只能解決單個(gè)干擾源問題， 而在 5G 網(wǎng)絡(luò)中，相鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸損耗一般差別不大，這將導(dǎo)致多個(gè)干擾源強(qiáng)度相近，進(jìn)一步惡化網(wǎng)絡(luò)性能，使得現(xiàn)有協(xié)調(diào)算法難以應(yīng)對(duì)。此外， 由于業(yè)務(wù)和用戶對(duì) QoS需求的差異性很大，5G 網(wǎng)絡(luò)需要采用一些列措施來保障系 統(tǒng) 性 能， 主 要 有： 不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)，各種節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)方案，網(wǎng)絡(luò)的選擇 ， 以及節(jié)能配置方法等。
準(zhǔn)確有效地感知相鄰節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模節(jié)點(diǎn)協(xié)作的前提條件。在超密集網(wǎng)絡(luò)中， 密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增，加之形狀的不規(guī)則，導(dǎo)致頻繁復(fù)雜的切換。為了滿足移動(dòng)性需求， 勢(shì)必出現(xiàn)新的切換算法；另外， 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù)也是研究的重點(diǎn)。由于用戶部署的大量節(jié)點(diǎn)的開啟和關(guān)閉具有突發(fā)性和隨機(jī)性， 使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_具有大范圍動(dòng)態(tài)變化特性；而各小站中較少的服務(wù)用戶數(shù)也容易導(dǎo)致業(yè)務(wù)的空間和時(shí)間分布出現(xiàn)劇烈的動(dòng)態(tài)變化。
自組織網(wǎng)絡(luò)
傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中， 主要依靠人工方式完成網(wǎng)絡(luò)部署及運(yùn)維，既耗費(fèi)大量人力資源又增加運(yùn)行成本，而且網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也不理想。在未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中，將面臨網(wǎng)絡(luò)的部署、 運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的挑戰(zhàn)， 這主要是由于網(wǎng)絡(luò)存在各種無線接入技術(shù)， 且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋能力各不相同，它們之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，自組織網(wǎng)絡(luò)(self-organizing network， SON) 的智能化將成為 5G 網(wǎng)絡(luò)必不可少的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) 。
自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決的關(guān)鍵問題主要有以下 2點(diǎn)：①網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃和自配；②網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置即新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置可實(shí)現(xiàn)即插即用，具有低成本、 安裝簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。自優(yōu)化的目的是減少業(yè)務(wù)工作量， 達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及性能的效果， 其方法是通過 UE 和eNB 測(cè)量，在本地 eNB 或網(wǎng)絡(luò)管理方面進(jìn)行參數(shù)自優(yōu)化。自愈合指系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)問題、 定位問題和排除故障，大大減少維護(hù)成本并避免對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)的影響。自規(guī)劃的目的是動(dòng)態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，同時(shí)滿足系統(tǒng)的容量擴(kuò)展、 業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)或優(yōu)化結(jié)果等方面的需求。目前，主要有集中式、 分布式以及混合式 3 種自組織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其中， 基于網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的集中式架構(gòu)具有控制范圍廣、 沖突小等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著運(yùn)行速度慢、 算法復(fù)雜度高等方面的不足；而分布式恰恰相反， 主要通過 SON 分布在eNB 上來實(shí)現(xiàn)， 效率和響應(yīng)速度高， 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性較好，對(duì)系統(tǒng)依懶性小， 缺點(diǎn)是協(xié)調(diào)困難；混合式結(jié)合集中式和分布式 2 種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)復(fù)雜。SON 技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)效率和維護(hù)方面， 同時(shí)減少了運(yùn)營(yíng)商的資本性支出和運(yùn)營(yíng)成本投入。由于現(xiàn)有的 SON 技術(shù)都是從各自網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)， 自部署、 自配置、 自優(yōu)化和自愈合等操作具有獨(dú)立性和封閉性， 在多網(wǎng)絡(luò)之間缺乏協(xié)作。因此，研究支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的 SON 技術(shù)具有深遠(yuǎn)意義。
內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)
在未來 5G 中， 面向大規(guī)模用戶的音頻、 視頻、圖像等業(yè)務(wù)急劇增長(zhǎng)， 網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸式增長(zhǎng)會(huì)極大地影響用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量 。如何有效地分發(fā)大流量的業(yè)務(wù)內(nèi)容， 降低用戶獲取信息的時(shí)延，成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和內(nèi)容提供商面臨的一大難題。僅僅依靠增加帶寬并不能解決問題， 它還受到傳輸中路由阻塞和延遲、 網(wǎng)站服務(wù)器的處理能力等因素的影響，這些問題的出現(xiàn)與用戶服務(wù)器之間的距離有密切關(guān)系。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) (content distribution network， CDN) 會(huì)對(duì)未來 5G 網(wǎng)絡(luò)的容量與用戶訪問具有重要的支撐作用。
內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的層次，即智能虛擬網(wǎng)絡(luò)。CDN 系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)、 負(fù)載情況以及用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的 CDN 代理服務(wù)器上， 實(shí)現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，降低響應(yīng)時(shí)間，提高響應(yīng)速度。CDN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在用戶側(cè)與源 server 之間構(gòu)建多個(gè) CDN代理 server，可以降低延遲、 提高 QoS(quality of service)。當(dāng)用戶對(duì)所需內(nèi)容發(fā)送請(qǐng)求時(shí)， 如果源服務(wù)器之前接收到相同內(nèi)容的請(qǐng)求， 則該請(qǐng)求被 DNS 重定向到離用戶最近的 CDN 代理服務(wù)器上， 由該代理服務(wù)器發(fā)送相應(yīng)內(nèi)容給用戶。因此， 源服務(wù)器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個(gè)代理服務(wù)器， 便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務(wù)器上獲取內(nèi)容， 降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延并提高用戶體驗(yàn)。隨著云計(jì)算、 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容技術(shù)的推進(jìn)， 內(nèi)容分發(fā)技術(shù)逐步趨向于專業(yè)化、 定制化，在內(nèi)容路由、 管理、 推送以及安全性方面都面臨新的挑戰(zhàn) 。
在未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中， 隨著智能移動(dòng)終端的不斷普及和快速發(fā)展的應(yīng)用服務(wù)， 用戶對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量將不斷增長(zhǎng)， 對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的要求也不斷提升。CDN 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)正是為用戶快速地提供信息服務(wù)，同時(shí)有助于解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。因此，CDN技術(shù)成為 5G 必備的關(guān)鍵技術(shù)之一。
D2D 通信
在未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中， 網(wǎng)絡(luò)容量、 頻譜效率需要進(jìn)一步提升，更豐富的通信模式以及更好的終端用戶體驗(yàn)也是 5G 的演進(jìn)方向。設(shè)備到設(shè)備通信 ( device-to-device communication，D2D) 具有潛在的提升系統(tǒng)性能、 增強(qiáng)用戶體驗(yàn)、 減輕基站壓力、 提高頻譜利用率的前景。因此， D2D 是未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
D2D 通信是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)。D2D 會(huì)話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進(jìn)行傳輸， 不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)， 而相關(guān)的控制信令，如會(huì)話的建立、 維持、 無線資源分配以及計(jì)費(fèi)、 鑒權(quán)、 識(shí)別、 移動(dòng)性管理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé) 。蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入 D2D 通信， 可以減輕基站負(fù)擔(dān)， 降低端到端的傳輸時(shí)延， 提升頻譜效率， 降低終端發(fā)射功率。當(dāng)無線通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞， 或者在無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)，終端可借助 D2D 實(shí)現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。在 5G 網(wǎng)絡(luò)中， 既可以在授權(quán)頻段部署 D2D 通信，也可在非授權(quán)頻段部署。
M2M 通信
M2M(machine to machine， M2M)作為物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)階段最常見的應(yīng)用形式， 在智能電網(wǎng)、 安全監(jiān)測(cè)、城市信息化、 環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。3GPP 已經(jīng)針對(duì) M2M 網(wǎng)絡(luò)制定了一些標(biāo)準(zhǔn)， 并已立項(xiàng)開始研究 M2M 關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)美國(guó)咨詢機(jī)構(gòu)FORRESTER 預(yù)測(cè)估計(jì)， 到 2020 年， 全球物與物之間的通信將是人與人之間通信的 30 倍。IDC 預(yù)測(cè)，在未來的 2020 年，500 億臺(tái) M2M 設(shè)備將活躍在全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中。M2M 市場(chǎng)蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)。因此，研究 M2M 技術(shù)對(duì) 5G 網(wǎng)絡(luò)具有非比尋常的意義。
M2M 的定義主要有廣義和狹義 2 種。廣義的M2M 主要是指機(jī)器對(duì)機(jī)器、 人與機(jī)器間以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器之間的通信， 它涵蓋了所有實(shí)現(xiàn)人、 機(jī)器、系統(tǒng)之間通信的技術(shù)；從狹義上說， M2M 僅僅指機(jī)器與機(jī)器之間的通信。智能化、 交互式是 M2M 有別于其它應(yīng)用的典型特征， 這一特征下的機(jī)器也被賦予了更多的“智慧” 。
信息中心網(wǎng)絡(luò)
隨著實(shí)時(shí)音頻、 高清視頻等服務(wù)的日益激增，基于位置通信的傳統(tǒng) TCP /IP 網(wǎng)絡(luò)無法滿足海量數(shù)據(jù)流量分發(fā)的要求。網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出以信息為中心的發(fā)展趨勢(shì)。信 息 中 心 網(wǎng) 絡(luò) ( information-centric network，ICN)的思想最早是 1979 年由 Nelson 提出來的 ，后來被 Baccala 強(qiáng)化 。目前， 美國(guó)的 CCN、 DONA和 NDN 等多個(gè)組織對(duì) ICN 進(jìn)行了深入研究。作為一種新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，ICN 的目標(biāo)是取代現(xiàn)有的 IP。
ICN 所指的信息包括實(shí)時(shí)媒體流、 網(wǎng)頁服務(wù)、 多媒體通信等，而信息中心網(wǎng)絡(luò)就是這些片段信息的總集合。因此，ICN 的主要概念是信息的分發(fā)、 查找和傳遞，不再是維護(hù)目標(biāo)主機(jī)的可連通性。不同于傳統(tǒng)的以主機(jī)地址為中心的 TCP /IP 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，ICN 采用的是以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)通信模型， 忽略 IP 地址的作用， 甚至只是將其作為一種傳輸標(biāo)識(shí)。全新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層解析信息名稱、 路由緩存信息數(shù)據(jù)、 多播傳遞信息等功能， 從而較好地解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中存在的擴(kuò)展性、 實(shí)時(shí)性以及動(dòng)態(tài)性等問題。ICN 信息傳遞流程是一種基于發(fā)布訂閱方式的信息傳遞流程。首先，內(nèi)容提供方向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自己所擁有的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)就明白當(dāng)收到相關(guān)內(nèi)容的請(qǐng)求時(shí)如何響應(yīng)該請(qǐng)求。然后，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)訂閱方向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送內(nèi)容請(qǐng)求時(shí)，節(jié)點(diǎn)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)容發(fā)布方，內(nèi)容發(fā)布方將相應(yīng)內(nèi)容發(fā)送給訂閱方， 帶有緩存的節(jié)點(diǎn)會(huì)將經(jīng)過的內(nèi)容緩存。其他訂閱方對(duì)相同內(nèi)容發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，鄰近帶緩存的節(jié)點(diǎn)直接將相應(yīng)內(nèi)容響應(yīng)給訂閱方。因此，信息中心網(wǎng)絡(luò)的通信過程就是請(qǐng)求內(nèi)容的匹配過程。傳統(tǒng) IP 網(wǎng)絡(luò)中， 采用的是“推” 傳輸模式，即服務(wù)器在整個(gè)傳輸過程中占主導(dǎo)地位， 忽略了用戶的地位， 從而導(dǎo)致用戶端接收過多的垃圾信息。ICN 網(wǎng)絡(luò)正好相反， 采用“拉” 模式， 整個(gè)傳輸過程由用戶的實(shí)時(shí)信息請(qǐng)求觸發(fā)， 網(wǎng)絡(luò)則通過信息緩存的方式，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)用戶。此外，信息安全只與信息自身相關(guān)，而與存儲(chǔ)容器無關(guān)。針對(duì)信息的這種特性，ICN 網(wǎng)絡(luò)采用有別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制的基于信息的安全機(jī)制。這種機(jī)制更加合理可信， 且能實(shí)現(xiàn)更細(xì)的安全策略粒度。和傳統(tǒng)的 IP 網(wǎng)絡(luò)相比，ICN 具有高效性、 高安全性且支持客戶端移動(dòng)等優(yōu)勢(shì)。目前比較典型的 ICN 方案有 CCN， DONA，NetInf，INS 和 TRIAD。
移動(dòng)云計(jì)算
近年來，智能手機(jī)、 平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的軟硬件水平得到了極大地提高，支持大量的應(yīng)用和服務(wù)，為用戶帶來了很大的方便 。在 5G 時(shí)代，全球?qū)?huì)出現(xiàn) 500 億連接的萬物互聯(lián)服務(wù)，人們對(duì)智能終端的計(jì)算能力以及服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高。移動(dòng)云計(jì)算將成為 5G 網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。移動(dòng)云計(jì)算是一種全新的 IT 資源或信息服務(wù)的交付與使用模式， 它是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中引入云計(jì)算的產(chǎn)物。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)智能終端以按需、 易擴(kuò)展的方式連接到遠(yuǎn)端的服務(wù)提供商， 獲得所需資源，主要包含基礎(chǔ)設(shè)施、 平臺(tái)、 計(jì)算存儲(chǔ)能力和應(yīng)用資源。SaaS 軟件服務(wù)為用戶提供所需的軟件應(yīng)用，終端用戶不需要將軟件安裝在本地的服務(wù)器中，只需要通過網(wǎng)絡(luò)向原始的服務(wù)提供者請(qǐng)求自己所需要的功能軟件。PaaS 平臺(tái)的功能是為用戶提供創(chuàng)建、 測(cè)試和部署相關(guān)應(yīng)用等服務(wù)。PaaS 自身不僅擁有很好的市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景， 而且能夠推進(jìn) SaaS。而 IaaS 基礎(chǔ)設(shè)施提供基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用平臺(tái)。
SDN /NFV
隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 互聯(lián)網(wǎng) + 、 三網(wǎng)融合、 云計(jì)算服務(wù)等新興產(chǎn)業(yè)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)在可擴(kuò)展性、 安全性、 可控可管等方面提出了越來越高的要求。SDN(software-defined networking， 軟件定義網(wǎng)絡(luò)) /NFV(network function virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與構(gòu)建技術(shù)， 其倡導(dǎo)的控制與數(shù)據(jù)分離、 軟件化、 虛擬化思想， 為突破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的困境帶來了希望。在歐盟公布的 5G 愿景中， 明確提出將利用 SDN /NFV 作為基礎(chǔ)技術(shù)支撐未來 5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。SDN 架構(gòu)的核心特點(diǎn)是開放性、 靈活性和可編程性。主要分為 3 層：基礎(chǔ)設(shè)施層位于網(wǎng)絡(luò)最底層，包括大量基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，該層根據(jù)控制層下發(fā)的規(guī)則處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；中間層為控制層，該層主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的資源進(jìn)行編排，控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?收集全局狀態(tài)信息等；最上層為應(yīng)用層，該層包括大量的應(yīng)用服務(wù)，通過開放的北向 API 對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)用。
SDN 將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面從設(shè)備中分離出來， 放到具有網(wǎng)絡(luò)控制功能的控制器上進(jìn)行集中控制。控制器掌握所有必需的信息， 并通過開放的 API 被上層應(yīng)用程序調(diào)用。這樣可以消除大量手動(dòng)配置的過程，簡(jiǎn)化管理員對(duì)全網(wǎng)的管理， 提高業(yè)務(wù)部署的效率。SDN 不會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)變得更快， 但他會(huì)讓整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)化，降低運(yùn)營(yíng)成本， 提升效率。未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中需要將控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的管理，以 SDN 驅(qū)動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)。
軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)
目前，無線網(wǎng)絡(luò)面臨著一系列的挑戰(zhàn)。首先，無線網(wǎng)絡(luò)中存在大量的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)， 如： LTE、 Wimax、UMTS、 WLAN 等，異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)并存的現(xiàn)象將持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。目前， 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)面臨的主要挑戰(zhàn)是難以互通，資源優(yōu)化困難，無線資源浪費(fèi)，這主要是由于現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用了垂直架構(gòu)的設(shè)計(jì)模式。此外， 網(wǎng)絡(luò)中的一對(duì)多模型( 即單一網(wǎng)絡(luò)特性對(duì)多種服務(wù))，無法針對(duì)不同服務(wù)的特點(diǎn)提供定制的網(wǎng)絡(luò)保障，降低了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。因此，在無線網(wǎng)絡(luò)中引入 SDN 思想將打破現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的封閉僵化現(xiàn)象，徹底改變無線網(wǎng)絡(luò)的困境。
軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)保留了 SDN 的核心思想， 即將控制平面從分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中解耦， 實(shí)現(xiàn)邏輯上的網(wǎng)絡(luò)集中控制，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則由集中控制器統(tǒng)一下發(fā)。軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)分為 3 個(gè)層面。在軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)中， 控制平面可以獲取、更新、預(yù)測(cè)全網(wǎng)信息，例如：用戶屬性、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)需求以及實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。因此，控制平面能夠很好地優(yōu)化和調(diào)整資源分配、轉(zhuǎn)發(fā)策略、流表管理等，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理，加快了業(yè)務(wù)創(chuàng)新的步伐。
情境感知技術(shù)
隨著海量設(shè)備的增長(zhǎng)， 未來的 5G 網(wǎng)絡(luò)不僅承載人與人之間的通信， 而且還要承載人與物之間以及物與物之間的通信，既可支撐大量終端，又使個(gè)性化、 定制化的應(yīng)用成為常態(tài)。情境感知技術(shù)能夠讓未來 5G 網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)、 智能、 及時(shí)地向用戶推送所需的信息。
（選自網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)載時(shí)略有刪節(jié)）
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