六大技術(shù)蓄勢待發(fā) 5G網(wǎng)絡(luò )未來(lái)可期

　　當前，系統設備商和移動(dòng)運營(yíng)商熱烈討論的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題之一就是下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )5G的發(fā)展情況。5G已有幾個(gè)候選技術(shù)，未來(lái)肯定會(huì )有一些概念被定義到這個(gè)新標準里。Ovum智能網(wǎng)絡(luò )首席分析師DimitrisMavrakis在本文里簡(jiǎn)單介紹下了這幾個(gè)候選技術(shù)，并分析了各項技術(shù)的面臨的機遇和挑戰。

　　這篇文章的主要內容并非討論5G技術(shù)需要具備哪些要求，而是辨識業(yè)界已出現的幾個(gè)候選技術(shù)及相關(guān)的架構，包括5G標準可能會(huì )向什么方向發(fā)展。行業(yè)對5G網(wǎng)絡(luò )的需求是已經(jīng)確定的，這些已經(jīng)由5G-PPP(歐洲5G公私合作聯(lián)盟)概述過(guò)。

　　對于5G的未來(lái)，行業(yè)的困惑主要有技術(shù)、商業(yè)機會(huì )、在垂直行業(yè)的應用以及部署的時(shí)間表等等。再加上大多數移動(dòng)運營(yíng)商還沒(méi)有找到更好的貨幣化LTE網(wǎng)絡(luò )的方法，所以5G的未來(lái)就變得有些迷茫。

　　如果我們回顧下移動(dòng)通信技術(shù)過(guò)去的發(fā)展軌跡，隱約描繪出5G大概的樣貌。新一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )通常意味著(zhù)全新的架構，當然傳統上還認為架構得是無(wú)線(xiàn)接入的：模擬到TDMA(GSM)到CDMA(UMTS)到OFDM(LTE)。顯然，5G也需要一個(gè)全新的技術(shù)、全新標準來(lái)解決用戶(hù)需求。

　　考慮到流量增長(cháng)的趨勢，5G勢必要在網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行徹底的變革。軟件驅動(dòng)的架構、極高密度的流體網(wǎng)絡(luò )、更高頻段以及更廣泛的頻譜范圍，滿(mǎn)足數十億的終端設備接入需求，Gbps量級的容量等等，這些都是無(wú)法由目前的LTE和LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò )提供的。

　　顯然，我們需要一個(gè)全新的空中接口，對于這一點(diǎn)，中興通訊走得更遠一點(diǎn)，他們提出5G網(wǎng)絡(luò )將容許多個(gè)空中接口標準共存，從理論角度看，這確實(shí)是理想的(OFDM技術(shù)不適用于smallcell和異構網(wǎng)絡(luò )，但其他的接口可以)。但是從運營(yíng)和經(jīng)濟角度考慮，這就意味著(zhù)會(huì )耗費大量精力和開(kāi)發(fā)成本。

　　當然，結合現有的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展以及用戶(hù)需求，只能猜測未來(lái)5G技術(shù)大概的樣貌?，F在成本問(wèn)題還沒(méi)有上升到5G技術(shù)話(huà)題的討論范圍內，所以5G候選技術(shù)的可討論范圍就大很多。本文同樣如此，先撇開(kāi)成本考慮，簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)對現有網(wǎng)絡(luò )有徹底破壞性變革的技術(shù)。

　　5G候選技術(shù)如下：

　　1、極致增密

　　網(wǎng)絡(luò )增密不是新技術(shù)，在3G網(wǎng)絡(luò )剛一開(kāi)始遇到擁堵問(wèn)題時(shí)，移動(dòng)運營(yíng)商就意識到需要在系統或多個(gè)扇區引入新的蜂窩(cell)，這帶動(dòng)了smallcell等多種類(lèi)似產(chǎn)品的興起，這一技術(shù)本質(zhì)上是把接入點(diǎn)移到離用戶(hù)更近的地方。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基本上是沒(méi)有其他方式來(lái)大幅增加整個(gè)系統或整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的容量。

　　5G網(wǎng)絡(luò )很可能是由多層連接組成，也就是說(shuō)不同大小、類(lèi)型小區構成的異構網(wǎng)絡(luò )：對數據連接速率要求低的區域用宏站層覆蓋，對傳輸速率要求高的區域用顆粒層覆蓋，中間再穿插其他的網(wǎng)絡(luò )層。網(wǎng)絡(luò )部署和協(xié)調是主要的挑戰，因為運營(yíng)商需要以指數級增長(cháng)網(wǎng)絡(luò )層。

　　2、多網(wǎng)協(xié)同

　　未來(lái)會(huì )有多張網(wǎng)絡(luò )一起為用戶(hù)終端提供連接：移動(dòng)蜂窩、WiFi、終端對終端連接等等。5G系統應該能緊密協(xié)調這些網(wǎng)絡(luò )，為用戶(hù)提供不中斷的順暢體驗。目前，協(xié)同多張網(wǎng)絡(luò )仍然是一個(gè)相當大的挑戰。Hotspot2.0與下一代Hotspot的案例會(huì )是蜂窩與WiFi集成的一個(gè)參考。5G能否讓終端設備在幾張網(wǎng)絡(luò )間順利切換，還有待觀(guān)察，如何無(wú)縫地從一張網(wǎng)絡(luò )切到另一張上的確是一個(gè)最大的挑戰。

　　3、全雙工

　　所有現有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )都依賴(lài)雙工模式來(lái)管理上傳和下載，有時(shí)分雙工，有頻分雙工，比如說(shuō)LTEFDD，其上行和下行需要兩個(gè)單獨的信道，而TDD呢，無(wú)論上行還是下行都采用同一個(gè)信道，只是時(shí)隙不同。

　　要想協(xié)調好上下行，雙工模式肯定是必不可少的，但全雙工技術(shù)現在仍在討論中。如果采用這個(gè)技術(shù)方案，終端設備可同時(shí)發(fā)送和接收信息，這就有可能使現有的FDD和TDD系統容量翻番。

　　當然這項技術(shù)也存在巨大的挑戰：需要從根本消除自干擾，網(wǎng)絡(luò )和設備都需要巨大變化。如果克服這些挑戰，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )容量將實(shí)現巨大增幅。

　　4、毫米波

　　現在，450MHz–2.6GHz的低頻段頻譜幾乎已全部用于移動(dòng)通信了，好在仍然有很多高頻段頻譜可用，這部分頻譜有的高達300GHz。自然，相比運營(yíng)商熟悉的低頻段頻譜，如何應用好這些高頻段頻譜，所面臨的技術(shù)挑戰也復雜很多，比如說(shuō)頻段越高，建筑物穿透就越困難，只是一面簡(jiǎn)單的墻就能成為毫米波信號的穿透障礙。

　　不過(guò)，還有一些高頻段的GHz頻譜已有占用：短距離、點(diǎn)對點(diǎn)、可視范圍連接等等，它們用來(lái)為無(wú)線(xiàn)連接提供了更高的速率。

　　毫米波可以用于室內smallcell(這也符合以上提到的網(wǎng)絡(luò )增密)，為一些密集區域提供高速連接。毫米波的高頻段特性意味著(zhù)天線(xiàn)會(huì )非常的小，它對設備影響的范圍也相當小。然而，Ovum認為，毫米波是一項超前的技術(shù)，可能需要很多年的研發(fā)，才能使其具備成本效益能大規模投向市場(chǎng)。

　　需要注意的是，毫米波技術(shù)的發(fā)展也不是最新的，2009年成立的WiGig聯(lián)盟旨在建立全球千兆級高速無(wú)縫傳輸的產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)注重點(diǎn)是60GHz頻段，這個(gè)聯(lián)盟匯聚了無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域幾乎所有的行業(yè)巨頭;2014年6月，谷歌收購了由兩位Clearwire前工程師創(chuàng )辦的企業(yè)Alpental，這家公司致力于發(fā)展自組織、超低功耗、毫米波千兆無(wú)線(xiàn)技術(shù)，主要是60GHz頻段。

　　5、大規模陣列天線(xiàn)

　　LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)采用了MIMO技術(shù)，相比單一天線(xiàn)，MIMO能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率。大規模陣列天線(xiàn)MIMO技術(shù)是MIMO技術(shù)的擴展和延伸，其基本特征就是在基站側配置大規模的天線(xiàn)陣列(從幾十至幾千)，利用空分多址(SDMA)原理，同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶(hù)。這一技術(shù)為網(wǎng)絡(luò )容量提升帶來(lái)的益處是非常大的，當然也存在巨大挑戰。不過(guò)市場(chǎng)普遍對這一技術(shù)很感興趣，一家名為Artemis的初創(chuàng )公司，就在開(kāi)發(fā)基于大規模陣列天線(xiàn)的pCells新型無(wú)線(xiàn)技術(shù)，非常適合用在高密度的用戶(hù)地區。

　　6、虛擬化、軟件控制以及云架構

　　向5G演進(jìn)的并行趨勢還有軟件和云，屆時(shí)網(wǎng)絡(luò )是由分布式數據中心驅動(dòng)的，由后者提供敏捷性、集中控制以及軟件升級。像SDN、NFV、云以及開(kāi)放生態(tài)系統都有可能是5G的基礎技術(shù)，當然行業(yè)也在繼續討論如何利用這些技術(shù)和體系架構的優(yōu)勢。

　　盡管這些也不是新技術(shù)，但仍有可能在5G時(shí)代得到大規模應用，因為在為數十億上百億個(gè)設備提供連接時(shí)，網(wǎng)絡(luò )需要利用這些技術(shù)來(lái)提升性能。

　　考慮到現有的技術(shù)和需求，以上提到的所有技術(shù)都有很大的潛力應用在5G網(wǎng)絡(luò )中。Mavrakis認為，最后選定哪些技術(shù)可能需要一個(gè)相當長(cháng)的比較過(guò)程，哪些技術(shù)能勝出取決于：性能、部署、成本、政策等多項因素。不過(guò)做這樣一個(gè)假設應當是合理的：成本最低的技術(shù)有最大的勝算可能，這和LTE-Advanced的發(fā)展情況是類(lèi)似的。