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大唐电信陈山枝:发展5G的分析与建议

2016-10-11 08:59
Timeless落尘
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  无线移动通信在20多年里得到了飞速的发展,给人们的生活、学习和工作方式以及政治、经济、社会等各方面都带来了巨大的影响。

  1引言

  20世纪末,中国提出的TD-SCDMA被国际电信联盟(ITU)接纳成为三大3G国际标准之一,实现了中国通信历史上的百年突破。随后,我国企业主导并拥有核心知识产权的TD-LTE-Advanced(以下简称TD-LTE),成为全球两大4G主流标准之一。目前,已有43个国家和地区推出了67个TD-LTE商用网络,TD-LTE基站数达140万套,占4G基站总数的43%;TD-LTE用户数达4.7亿户,占全球4G用户总数的40%。TD-LTE在与美国企业主导的WiMAX的产业竞争中胜出,全球90%的WiMAX网络将升级到TD-LTE。TD-LTE已成为全球TDD技术共同演进的方向,发展空间巨大。

  自2012年初WRC-12上ITU通过了4G标准之后,通信业界开始研究5G。各国成立了专门组织推进5G研究,争抢新一轮技术和标准的影响力和制高点。例如,欧盟启动了METIS、5GNOW等多个5G预研项目,并成立了5GPPP;韩国成立了5GForum等;美国和日本也启动了5G研究。《IEEECommunicationsMagazine》在2014年2月和5月出版了两期关于5G的技术专题。

  2013年2月,我国由工业和信息化部(以下简称工信部)、科技部、国家发展和改革委员会(以下简称国家发展改革委)等发起成立IMT-2020(5G)推进组,目标是在“3G突破、4G同步”的基础上,实现“5G引领”全球。为配合该目标,国家“863”计划、国家重大科技专项及地方政府等分别设置了5G相关研究课题。IMT-2020(5G)推进组前期完成了5G的需求、概念、无线技术和网络技术的分析,且有多项成果输入ITU。

  我国IMT-2020(5G)推进组分析了驱动5G发展的移动互联网和移动物联网两类业务需求,提出了包括6项性能指标和3项效率指标的“5G需求之花”,定义了广域覆盖、热点覆盖、低功耗大连接物联网和低时延高可靠物联4类5G主要应用场景。ITU将5G需求和应用场景主要分为3类:增强的移动宽带(eMBB)(将我国提出的广域覆盖、热点覆盖归为此类)、海量连接的机器类通信(mMTC)、超可靠和低时延通信(cMTC)。同时定义了8项关键技术指标,表1中列出了5G相对4G的各个关键能力提升的倍数。

  事实上,5G不再仅仅是上面分析到的更高速率、更大带宽、更强能力的空中接口技术,而且是面向用户体验、业务应用和行业应用的智能无线网络。需要指出的是,5G对应的是多种不同应用场景,需要的是一组不同能力指标,即表1中的所有指标不是也不可能同时满足和达到。上述5G的速率、流量密度、连接密度等关键指标要求带来了在技术、频率、运营等方面的巨大挑战。

  2关于5G的几点认识

  (1)5G是万物互联、连接场景的一代

  5G是移动通信从1G到4G主要以人与人通信为主,跨越到人与物、物与物通信的时代。5G是万物互联和连接场景的时代。从业务和应用的角度,5G具有三大特点:大数据、海量连接和场景体验,满足未来更广泛的数据和连接业务需要,提升用户体验。

  数据和连接是信息社会的时代特征。全球化将进入一个新纪元,一个由数据和连接传递信息、思想和创新的全新时代。5G将应时而生。

  (2)5G是电信IT化、软件定义的一代

  5G将是全新一代的移动通信技术,5G网络呈软件化、智能化、平台化趋势,是通信技术(CT)与信息技术(IT)的深度融合,是电信IT化的时代。

  软件定义的5G,包括采用通过软件定义网络(softwaredefinednetworking,SDN)和网络功能虚拟化(networkfunctionvirtualization,NFV)以及软件定义无线电的无线接入空口,实现5G可编程的核心网和无线接口。SDN和NFV将引起5G的IT化,包括硬件平台通用化、软件实现平台化、核心技术IP化。运营商能在通用硬件基础上加载专用软件实现5G设备运行,IT化对于传统电信设备制造商将是一个挑战。就像Google(谷歌)和百度等定制服务器一样,给IBM和HP等传统服务器厂商带来挑战。

  (3)5G是云化的一代

  5G的云化趋势包括:基带处理能力的云化(云架构的RAN,即C-RAN)、采用移动边缘内容与计算(mobileedgecontentandcomputing,MECC)、终端云化。

  C-RAN是将多个基带处理单元(basebandunit,BBU)集中起来,通过大规模的基带处理池为成百上千个远端射频单元(remoteradiounit,RRH)服务。此时,基带处理能力是云化的虚拟资源。逻辑集中的控制增加了系统的灵活性,方便升级。C-RAN减少了基站机房数量,可以大幅度降低建设和运维成本,同时还能大幅度降低能耗。但存在的问题与挑战是BBU与RRU间的前传(fronthaul)带宽开销大(以LTE为例,3个扇区的单个小区的带宽就在16Gbit/s左右)以及引起的额外时延问题。

  5G将采用MECC,即在靠近移动用户的位置上提供IT服务环境和云计算能力,使应用、服务和内容部署在分布式移动环境中,针对资源密集的应用(如图像、视频、制图等),将计算和存储卸载到无线接入网,从而降低了对通信带宽的开销,并提高了实时性。

  5G的终端云化,随着集成电路技术的进步,未来移动终端能力和资源(包括计算、存储、传感等)将得到大幅提升,也可以实现本地资源共享和云化,特别是在社交网络应用中。

  (4)5G是蜂窝结构变革的一代

  从1G到4G都是基于传统的蜂窝系统,即形状是基本规则(六边形)的蜂窝小区组网,且是一个干扰受限系统。目前,密集高层办公楼宇、住宅和场馆等城市热点区域承载了70%以上的无线分组数据业务。为了解决容量和干扰问题,新技术不断引入,如分布式天线、多输入多输出(MIMO)、多用户检测、基站间协作(CoMP)和中继等。而热点区域的家庭基站、无线中继站、小小区基站和分布式天线等(统称异构基站)大多数呈非规则、无定形部署特性和层叠覆盖,形成了异构分层无线网络。

  结合虚拟网络运营商(virtualnetworkoperator,VNO)需求,产生了虚拟接入网(virtualRAN,VRAN)与虚拟小区的概念。VRAN就是可以在一个物理设备上按需产生多个RAN实例,5G提供了RAN即服务(RAN-as-a-service,RANaaS)。

  可见,传统单层规则的蜂窝小区概念已不存在,移动通信首次出现了去蜂窝的趋势,5G将是蜂窝结构变革的一代。

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