業(yè)界廣泛認為，5G移動通訊網(wǎng)絡直到2020或2021年才會提供，甚至即使到那時也不會是廣泛提供。但是，隨著移動數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長(過去5年成長了18倍)，因此可以預計5G將比以往更快地到來。思科(Cisco)預測，2021年，5G連接將比一般的4G連接產(chǎn)生多4.7倍的流量，圖1顯示了這種增長。

圖1 移動數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長。 (數(shù)據(jù)源：思科)

5G與當今LTE-Advanced網(wǎng)絡相比將會產(chǎn)生巨大突破，因此，有必要研究有助于引領4G到5G轉(zhuǎn)變的五個關鍵領域。這五個領域中有四個將促使這一轉(zhuǎn)變透過被稱為LTE-Advanced Pro(4.5G)的中間階段過渡，使得這場革命更具漸進色彩。

速度和饋送

在這個領域，接入技術將從LTE-Advanced的1Gbps增加到5G每個區(qū)域20Gbps吞吐率/下行鏈路速率。達到這個速度需要從LTE-Advanced Pro開始經(jīng)歷多個階段。LTE-Advanced Pro已在目前的規(guī)范中有所定義，它使用載波聚合(多達32個載波)、高達16根天線的大規(guī)模多重輸入多重輸出(MIMO)和更高階的調(diào)變方案(如圖2所示的256QAM)等多種技術，可以實現(xiàn)3Gbps速率。

3Gbps的數(shù)據(jù)速率無需大改無線電技術即可實現(xiàn)。這是每家營運商利用其當前基礎設施并提前布局5G所必須采取的中間階段。

未授權頻譜使用

目前，包括T-Mobile和Verizon在內(nèi)的幾家主要營運商都在未授權頻譜部署LTE(LTE-U)，而AT&T正在針對該事宜積極推行虛擬機方案。

為實現(xiàn)更高的吞吐率要求，授權載波頻譜不夠用，因此Wi-Fi多年來一直在使用未授權頻譜。之所以將Wi-Fi作為蜂巢通訊的“遠親”，是因為它除了不受管制，還與需授權的營運商頻譜非常相似，且Wi-Fi是免費的，因此直到最近，基本上質(zhì)量不是問題。營運商已經(jīng)開始推出熱點，盡可能將蜂巢流量卸除到Wi-Fi，因此給網(wǎng)絡帶來額外壓力。但是，Wi-Fi有很多非授權頻譜可以被LTE利用。

因為終端客戶和營運商并不會過分擔心這種“免費服務”的質(zhì)量，所以過去在住宅環(huán)境通?？梢越邮?。但在過去幾年，由于Wi-Fi技術為獲得更好質(zhì)量和規(guī)范化接入進行的技術改進，這種心態(tài)已經(jīng)發(fā)生改變：

˙使用低密度極性校驗碼(LDPC)等極性碼進行糾錯;

˙更高階的QAM，即Wi-Fi目前可以實現(xiàn)256QAM，且即將達到1,024QAM;

˙4×4 MIMO和多用戶MIMO，可增加吞吐率并與更多用戶同時工作。

圖2 256QAM是5G將用于提高數(shù)據(jù)速率的一種技術。

將載波聚合的概念擴展到未授權載波(與Wi-Fi中使用的頻譜相同)，將能為營運商提供更多選擇來增加小區(qū)帶寬。

對于當今未授權頻譜中的巨大頻譜資源，以及將要發(fā)布的新資源，除了要尋找方法來卸除數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備，5G網(wǎng)絡還將要利用這一空間來實現(xiàn)超高速接入需求。

物聯(lián)網(wǎng)設備

物聯(lián)網(wǎng)設備提出了各種各樣的要求和挑戰(zhàn)：

˙毫無疑問，海量設備將對5G網(wǎng)絡構成巨大挑戰(zhàn);

˙IoT設備與傳統(tǒng)的蜂巢設備不同，其本質(zhì)上非常零散。許多IoT設備在發(fā)送少量字節(jié)數(shù)據(jù)之前長時間處于「休眠」狀態(tài)，5G網(wǎng)絡需要對這些設備不頻繁卻重要的通訊進行規(guī)劃;

˙ IoT設備還為各種安全威脅提供了可乘之機。許多這些設備可被用于傳播惡意軟件或?qū)W(wǎng)絡實施安全攻擊。

在處理智能手機等常規(guī)蜂巢設備的同時處理IoT物聯(lián)網(wǎng)設備，對于接入網(wǎng)和核心網(wǎng)來說是項艱巨任務?，F(xiàn)在，從LTE網(wǎng)絡開始著手這項任務，將能夠在5G網(wǎng)絡到來時實現(xiàn)更平滑地過渡。例如，諾基亞(Nokia)、Sprint和Verizon只是今年開始測試5G的大公司中的幾家，而許多營運商聲稱它們“不久”開始測試5G網(wǎng)絡。

虛擬化：網(wǎng)絡功能虛擬化(NFV)和軟件定義網(wǎng)絡(SDN)

虛擬化在節(jié)省營運商成本、處理網(wǎng)絡靈活需求，以及增加營運商選擇方面，好處非常明顯。5G網(wǎng)絡由于所涉范圍兩端的極端需求(包括偶爾發(fā)送幾個字節(jié)，以及不同用例數(shù)據(jù)量大幅增加)，創(chuàng)造了與虛擬化網(wǎng)絡功能相結(jié)合的強大需求(圖3)。

圖3 NFV基于其將傳輸?shù)念愋突驍?shù)據(jù)切分核心網(wǎng)

許多營運商即將對其網(wǎng)絡——特別是分組核心網(wǎng)——采用虛擬化技術。分組核心網(wǎng)側(cè)全部是基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)定(IP)。這意味著與數(shù)據(jù)中心虛擬化方式很類似，無線分組核心網(wǎng)側(cè)(從3NodeB到互聯(lián)網(wǎng))也都可以虛擬化。

即使在接入側(cè)，關于哪些留在邊緣和哪些移入中心核心底層協(xié)議間的分割，目前正由網(wǎng)絡設備商(NEM)領域的產(chǎn)業(yè)決策者討論和決定。為滿足不同使用者設備需求，業(yè)界現(xiàn)在已開始向虛擬化和網(wǎng)絡切分邁進，并將在部署5G網(wǎng)絡同時獲得助力。

新空中界面(NR)

5G新空中接口尚未標準化，并將需要一種新的無線接入技術，而將速度提高到20Gbps。它需要使用新的毫米波(mmWave)頻段，即能夠以非常高的速度通過空氣收發(fā)數(shù)據(jù)的30G~300GHz之間的頻段。每個小區(qū)帶寬預計能到10~20Gbps之間，每個用戶有可能獲得1Gbps，如高階增強現(xiàn)實(AR)/虛擬現(xiàn)實(VR)這樣的應用就需要這種帶寬。

5G新空中界面是屬于真5G的一個領域。另外四個領域在LTE-Advanced Pro規(guī)范中都有確鑿起點，因此更具演進性。

在2017年世界移動通訊大會(MWC)之后，在克羅埃西亞(Croatia)杜布羅夫尼克(Dubrovnik)舉行的第三代合作伙伴計劃(3GPP)大會上，業(yè)界一致推動5G規(guī)范的發(fā)布，并將部分規(guī)范的發(fā)布日期從2018年6月提前到2017年底。

5G新空中接口所討論的兩件大事是：支持靈活的底層OFDM技術，以及支持大規(guī)模MIMO，從而實現(xiàn)毫米波頻譜使用。

這種靈活的底層OFDM技術可以在同一小區(qū)內(nèi)同時向不同用戶提供高寬帶視訊應用和低延遲關鍵任務應用等多種服務。3GPP討論了諸如基于可擴展參數(shù)集(numerology)的OFDM和可擴展傳輸時間間隔(TTI)——用戶獲得數(shù)據(jù)的時間間隔。

雖然向5G的大規(guī)模轉(zhuǎn)移仍處于早期階段，但上述領域?qū)⑹且I我們邁向這一轉(zhuǎn)變的主要關鍵。