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5G不僅僅只是網(wǎng)速更快，更多的是生活方式的顛覆，對(duì)各行各業(yè)都會(huì)起到催化作用。5G里不僅僅只有大帶寬，而是會(huì)有很多與B端用戶(企業(yè))相結(jié)合的點(diǎn)。接下來(lái)，跟阿里大文娛的梓爍一起了解5G的關(guān)鍵技術(shù)。

1. 5G的關(guān)鍵技術(shù)

5G的核心技術(shù)點(diǎn)挺多，包含了很多技術(shù)集。稍微了解過5G的同學(xué)應(yīng)該知道5G其實(shí)已經(jīng)定義了三大場(chǎng)景：

• eMBB：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，顧名思義是針對(duì)的是大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù);
• URLLC：超高可靠超低時(shí)延通信(3G響應(yīng)為500ms，4G為50ms，5G要求1ms)，這些在自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面會(huì)有所使用;
• mMTC：大連接物聯(lián)網(wǎng)，針對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

1.1 eMBB

4G已經(jīng)那么快了，那么5G里面是怎么樣繼續(xù)提升容量的呢?

容量=帶寬*頻譜效率*小區(qū)數(shù)量

根據(jù)這個(gè)公式，要提升容量無(wú)非三種辦法：提升頻譜帶寬、提高頻譜效率和增加小區(qū)數(shù)量。增加小區(qū)數(shù)量意味著建設(shè)更多基站，成本太高。

至于頻譜帶寬，中低頻段的資源非常稀缺，因此5G將視野拓展到了毫米波領(lǐng)域，后面會(huì)介紹，毫米波頻段高，資源豐富，成為重點(diǎn)開發(fā)頻譜區(qū)域;除了擴(kuò)展更多頻譜資源之外，還有一種有效的方式就是更好的利用現(xiàn)有的頻譜，認(rèn)知無(wú)線電經(jīng)過多年的發(fā)展也取得了一些進(jìn)展，可以利用認(rèn)知無(wú)線電來(lái)提高廣電白頻譜的利用率。

白頻譜就是指在特定時(shí)間、特定區(qū)域，在不對(duì)更高級(jí)別的服務(wù)產(chǎn)生干擾的基礎(chǔ)上，可被無(wú)線通信設(shè)備或系統(tǒng)使用的頻譜。所謂廣電白頻譜就是指在廣播電視頻段的白頻譜。因?yàn)閺V播電視信號(hào)所在頻段是非常優(yōu)質(zhì)的頻段，非常適合廣域覆蓋，因此該頻段認(rèn)知無(wú)線電的應(yīng)用值得關(guān)注。

運(yùn)營(yíng)商更喜歡通過提升頻譜效率的方式來(lái)提升容量。采用校驗(yàn)糾錯(cuò)、編碼方式等辦法接近香農(nóng)極限速率。相對(duì)于4G的Tubor碼，5G的信道編碼更加高效。

4G和WiFi目前使用的調(diào)制技術(shù)主要是OFDM，這種調(diào)制方式的能力相比之前的CDMA等有了大幅的提升，但是OFDMA要求各個(gè)資源塊都正交，這將限制資源的使用，因此如果信號(hào)不正交也可以正常的解調(diào)，那將可以極大的提升系統(tǒng)容量，因此NOMA(non-orthogonal multiple-access)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在調(diào)制技術(shù)上的提升到了極限后，另一種更有效的方法就是多天線技術(shù)了，通過Massive MIMO實(shí)現(xiàn)容量的大幅提升。 

★ 1.1.1 信道編碼技術(shù)

數(shù)據(jù)編碼方案主要有三個(gè)：LDPC碼是美國(guó)人提出來(lái)的，Polar碼是土耳其一個(gè)大學(xué)教授提出來(lái)的，另外還有歐洲的Turbo2.0碼。

2016年10月，3GPP在葡萄牙里斯本召開了RAN1#86bis會(huì)議(以下稱86次會(huì)議)，在此次國(guó)際會(huì)議上，以往3G和4G占主導(dǎo)的Turbo幾乎沒有什么支持者，論戰(zhàn)的主角是LDPC和Polar。此次會(huì)議中三派就其他陣營(yíng)提出方案的技術(shù)短板進(jìn)行抨擊，然而LDPC因技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)而占據(jù)上風(fēng)，獲得了大量支持者，如三星、高通、諾基亞、英特爾、聯(lián)想、愛立信、索尼、夏普、富士通、摩托羅拉移動(dòng)等。而此時(shí)只有華為一家還在堅(jiān)持Polar碼，就算聯(lián)想投票給Polar碼也無(wú)濟(jì)于事。在這一次會(huì)議上，LDPC占據(jù)了明顯上風(fēng)，成為5G移動(dòng)寬帶在數(shù)據(jù)傳輸部分所采納的方案。

2016年11月，3GPP在美國(guó)召開了RAN1#87次會(huì)議，此次會(huì)議主要討論5G數(shù)據(jù)信道短碼方案以及5G控制信道方案。最終投票達(dá)成的結(jié)果，即5G eMBB場(chǎng)景的信道編碼技術(shù)方案中，長(zhǎng)碼編碼以及和數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案采用高通主推的LDPC碼;控制信道編碼采用華為主推的Polar方案。

5G數(shù)據(jù)信道追求傳輸速率，主要為大型封包，在此方面LDPC的性能具有明顯優(yōu)勢(shì)，這也是LDPC能順利拿下數(shù)據(jù)信道長(zhǎng)碼的實(shí)力所在。關(guān)于5G控制信道，因傳輸數(shù)據(jù)量小，相比于速度更注重可靠性，在此方面Polar碼有重要優(yōu)勢(shì)，加之中國(guó)廠商(包括聯(lián)想投票贊成)的廣泛支持，Polar碼得以成為5G移動(dòng)寬帶控制信道的國(guó)際編碼標(biāo)準(zhǔn)。

大信息塊長(zhǎng)度下不同信道編碼的表現(xiàn)，可以看出LDPC的傳輸效率還是要明顯高于其余兩者的。 

★ 1.1.2 非正交多址接入技術(shù)

4G網(wǎng)絡(luò)采用正交頻分多址(OFDM)技術(shù)，OFDM不但可以克服多徑干擾問題，而且和MIMO技術(shù)配合，極大的提高了數(shù)據(jù)速率。由于多用戶正交，手機(jī)和小區(qū)之間就不存在遠(yuǎn)-近問題，快速功率控制就被舍棄，而采用AMC(自適應(yīng)編碼)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路自適應(yīng)。

從2G，3G到4G,多用戶復(fù)用技術(shù)無(wú)非就是在時(shí)域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)維度——功率域。

新增這個(gè)功率域的目的是，利用每個(gè)用戶不同的路徑損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶復(fù)用。

• NOMA希望實(shí)現(xiàn)的是，重拾3G時(shí)代的非正交多用戶復(fù)用原理，并將之融合于現(xiàn)在的4G OFDM技術(shù)之中。
• NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來(lái)對(duì)多路發(fā)射信號(hào)進(jìn)行疊加，從而提高信號(hào)增益。它能夠讓同一小區(qū)覆蓋范圍的所有移動(dòng)設(shè)備都能獲得最大的可接入帶寬，可以解決由于大規(guī)模連接帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。

★ 1.1.3 毫米波

美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)早在2015年就已經(jīng)率先規(guī)劃了28 GHz、37 GHz、39 GHz 和 64-71 GHz四個(gè)頻段為美國(guó)5G毫米波推薦頻段。美國(guó)FCC舉辦了28GHz頻譜拍賣，2965張頻譜牌照的成交總額近7.03億美元。(PS：國(guó)外頻譜是公開拍賣，國(guó)內(nèi)是由無(wú)線電管理委員會(huì)分配)。

毫米波很大的優(yōu)勢(shì)是頻段高，頻譜資源豐富，帶寬很寬。另外頻譜高，波長(zhǎng)短，天線相應(yīng)的也更短，更方便在手機(jī)等小型設(shè)備上搭建多天線的應(yīng)用。光速=波長(zhǎng)*頻率的公式計(jì)算，28GHz頻率的波長(zhǎng)約為10.7mm，也就是毫米波，一般而言天線長(zhǎng)度與波長(zhǎng)成正比，基本上天線是波長(zhǎng)的四分之一或二分之一是最優(yōu)，因此毫米波更短的波長(zhǎng)也讓天線變得更短。

在 Massive MIMO 系統(tǒng)中可以在系統(tǒng)基站端實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線陣列的設(shè)計(jì)，從而使毫米波應(yīng)用結(jié)合在波束成形技術(shù)上，這樣可以有效的提升天線增益，但也是由于毫米波的波長(zhǎng)較短，所以在毫米波通信中，傳輸信號(hào)以毫米波為載體時(shí)容易受到外界噪聲等因素的干擾和不同程度的衰減，信號(hào)不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。

★ 1.1.4 Massive MIMO與波束賦形

MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)可譯為多輸入多輸出，也就是多根天線的發(fā)送和接收。MIMO并不是一項(xiàng)全新技術(shù)，在LTE(4G)時(shí)代就已經(jīng)在使用了。通過更高階的MIMO技術(shù),結(jié)合載波聚合和高階調(diào)制，業(yè)界已經(jīng)可以讓LTE達(dá)到千兆級(jí)(1Gbps及以上)速度，達(dá)到初期LTE速度的十倍。

MIMO技術(shù)突破了香農(nóng)定理的限制，跳出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單用戶的框框，將單一點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道變換成多個(gè)并行信道來(lái)處理，以至于頻譜效率主要取決于并行信道數(shù)量，從而提升了系統(tǒng)容量和頻譜效率。

如下圖所示，LTE和LTE-A基站端和手機(jī)端使用的都是少量的天線，手機(jī)端使用的天線數(shù)較少主要是受制于手機(jī)尺寸，在目前的中低頻段，對(duì)應(yīng)的天線尺寸仍然較大，無(wú)法在手機(jī)中集成過多的天線。而5G使用毫米波后，天線的尺寸變得很小，可以很方便的集成大量的天線。Massive MIMO最多可以支持256跟天線。

要做到Massive MIMO，基站要精確的掌握信道信息和終端位置，這對(duì)于時(shí)分復(fù)用的TDD系統(tǒng)不是什么大問題，而對(duì)于頻分的FDD系統(tǒng)就麻煩了。由于TDD系統(tǒng)上下行使用同一頻段，可以單邊的基于上行信道狀況估計(jì)下行信道，即利用上下行信道的互易性來(lái)推斷基站到終端的下行鏈路。而FDD系統(tǒng)，由于上行和下行不在一個(gè)頻段，因此不能直接用上行信道狀況估計(jì)下行信道狀況，為了實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)，需要引入CSI反饋，多了大量CSI反饋，隨著天線數(shù)量增加，不但開銷增大，且反饋信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性也存在降低的可能。因此，業(yè)界一直以為，Massive MIMO在FDD上更難于部署。

國(guó)內(nèi)其實(shí)在做3G的時(shí)候，國(guó)產(chǎn)的TD-SCDMA里面就有提到智能天線，基站系統(tǒng)通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與自適應(yīng)算法，使智能天線動(dòng)態(tài)地在覆蓋空間中形成針對(duì)特定用戶的定向波束。雖然TD-SCDMA沒怎么做起來(lái)，但不可否認(rèn)他讓我國(guó)各大廠商積累了更多的MIMO天線和波束賦形的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。國(guó)外一直在大推FDD，目前看來(lái)TDD在Massive MIMO方面有著不可或缺的優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)移動(dòng)在杭州進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試，從芯片到核心網(wǎng)端到端使用華為5G解決方案。其中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)使用華為2.6GHz NR支持160MHz大帶寬和64T64R MassiveMIMO的無(wú)線設(shè)備，對(duì)接集中化部署于北京支持5G SA架構(gòu)的核心網(wǎng)，同時(shí)終端側(cè)使用基于華為巴龍5000芯片的測(cè)試終端?？梢钥吹交緜?cè)使用的是64T64R，即64根發(fā)射天線64根接收天線，一共128根天線。

MIMO技術(shù)經(jīng)歷了從SU-MIMO(單用戶MIMO)向MU-MIMO(多用戶MIMO)的發(fā)展過程。SU-MIMO，它的特點(diǎn)是只服務(wù)單一終端，終端受限于天下數(shù)量和設(shè)計(jì)復(fù)雜性，從而限制了進(jìn)一步發(fā)展。而MU-MIMO將多個(gè)終端聯(lián)合起來(lái)空間復(fù)用，多個(gè)終端的天線同時(shí)使用，這樣以來(lái)，大量的基站天線和終端天線形成一個(gè)大規(guī)模的虛擬的MIMO信道系統(tǒng)。這是從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的角度更宏觀的去思考提升系統(tǒng)容量。不過，這么多天線引入，信號(hào)交叉，必然會(huì)導(dǎo)致干擾，這就需要預(yù)處理和波束賦形(Beamforming)技術(shù)了。

這種空間復(fù)用技術(shù)，由全向的信號(hào)覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù)，波束之間不會(huì)干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務(wù)容量。

假設(shè)在一個(gè)周圍建筑物密集的廣場(chǎng)邊上有一個(gè)全向基站(紅色圓點(diǎn))，周圍不同方向上分布3臺(tái)終端(紅、綠、藍(lán)X)。采用Massive MIMO場(chǎng)景下，并引入精準(zhǔn)的波束賦形后，情況就神奇的變成下面這樣了?？粗遣皇呛芨叨说臉幼?，已經(jīng)可以精確的控制電磁波的方向了，說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)可就難了，這里面的高科技無(wú)數(shù)。

圖片來(lái)源：https://www.cnblogs.com/myourdream/p/10409985.html

★ 1.1.5 認(rèn)知無(wú)線電

為什么會(huì)有認(rèn)知無(wú)線電，主要是因?yàn)榈皖l段的頻譜資源非常稀缺，之前已經(jīng)分配給一些系統(tǒng)使用了，但是發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)并沒有非常有效的把頻譜利用起來(lái)。因此就考慮使用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)，在不影響主通信系統(tǒng)的情況下，能見縫插針的利用這些頻譜。

認(rèn)知無(wú)線電可以被理解為獲得對(duì)周圍環(huán)境的認(rèn)知并相應(yīng)調(diào)整其行為的無(wú)線電。例如，認(rèn)知無(wú)線電可以在跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)未使用的頻帶之前確定未使用的頻帶，并將其用于傳輸。認(rèn)知無(wú)線電術(shù)語(yǔ)是由約瑟夫·米多拉創(chuàng)造的，指的是能夠感知外部環(huán)境的智能無(wú)線電，能夠從歷史中學(xué)習(xí)，并根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境情況做出智能決策來(lái)調(diào)整其傳輸參數(shù)。

認(rèn)知無(wú)線電是SDR(軟件定義無(wú)線電)和MIND(人工智能)的組合。我們可以想像無(wú)線電賦予人類的某種功能，通過觀察感知外界，然后決定是否發(fā)送以及如何發(fā)送。在5G里會(huì)有很多認(rèn)知無(wú)線電相關(guān)的研究和應(yīng)用。

1.2uRLLC

5G的理論延時(shí)是1ms，是4G延時(shí)的幾十分之一，基本達(dá)到了準(zhǔn)實(shí)時(shí)的水平。這自然也會(huì)催生很多應(yīng)用場(chǎng)景，其實(shí)uRLLC的全稱是超可靠、低時(shí)延通信，所以不僅僅只是低時(shí)延還需要高可靠。具備時(shí)延低且可靠后，一些工業(yè)自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等技術(shù)就可以逐漸構(gòu)建起來(lái)了，這方面帶來(lái)的變革可能是天翻地覆的，原來(lái)看來(lái)不可能的事情，都在慢慢變得可能。來(lái)看看都做了些什么讓這些成為現(xiàn)實(shí)了吧。

★ 1.2.1 5GNR幀結(jié)構(gòu)

首先解釋一下什么叫做5GNR，其實(shí)就是5G空口標(biāo)準(zhǔn)，3gpp給他取了個(gè)名字，叫5GNR(New Radio)，4G時(shí)代一般將空口命名為L(zhǎng)TE(Long TermEvolution)和LTE一樣，5GNR的一個(gè)無(wú)線幀長(zhǎng)為10ms，每個(gè)無(wú)線幀分為10個(gè)子幀，子幀長(zhǎng)度為1ms;每個(gè)無(wú)線幀又可分為兩個(gè)半幀(half-frame)，第一個(gè)半幀長(zhǎng)5ms、包含子幀#0~#4，第二個(gè)半幀長(zhǎng)5ms、包含子幀#5~#9;這部分的結(jié)構(gòu)是固定不變的。

5G NR的子載波間隔不再像LTE的子載波間隔固定為15Khz，而是可變的，可以支持5種配置，15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz，為什么不能小于15KHz或大于240KHz呢?

相位噪聲和多普勒效應(yīng)決定了子載波間隔的最小值，而循環(huán)前綴CP決定了子載波間隔的最大值。我們當(dāng)然希望子載波間隔越小越好，這樣在帶寬相同的情況下，能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。但如果子載波間隔太小，相位噪聲會(huì)產(chǎn)生過高的信號(hào)誤差，而消除這種相位噪聲會(huì)對(duì)本地晶振提出過高要求。

如果子載波間隔太小，物理層性能也容易受多普勒頻偏的干擾;如果子載波間隔的設(shè)置過大，OFDM符號(hào)中的CP的持續(xù)時(shí)間就越短。設(shè)計(jì)CP的目的是盡可能消除時(shí)延擴(kuò)展(delay spread)，從而克服多徑干擾的消極影響。CP的持續(xù)時(shí)間必須大于信道的時(shí)延擴(kuò)展，否則就起不到克服多徑干擾的作用。因此選擇15KHz~240KHz都是技術(shù)和實(shí)現(xiàn)成本等一系列綜合考慮的折中結(jié)果。

如下圖所示，子載波間隔越大則時(shí)隙越短(最小的子載波間隔15KHz對(duì)應(yīng)的時(shí)隙長(zhǎng)1ms、最大的子載波間隔240KHz對(duì)應(yīng)時(shí)隙長(zhǎng)0.0625ms)，對(duì)于uRLLC場(chǎng)景，要求傳輸時(shí)延低，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)可以通過配置比較大的子載波間隔來(lái)滿足時(shí)延要求。

5G NR的靈活框架設(shè)計(jì)可以向上或向下擴(kuò)展TTI(即使用更長(zhǎng)或更短的TTI)，依具體需求而變。除此之外，5G NR同樣支持同一頻率下以不同的TTI進(jìn)行多路傳輸。比如，高Qos(服務(wù)質(zhì)量)要求的移動(dòng)寬帶服務(wù)可以選擇使用500 µs的TTI，而不是像LTE時(shí)代只能用標(biāo)準(zhǔn)TTI，同時(shí)，另一個(gè)對(duì)時(shí)延很敏感的服務(wù)可以用上更短的TTI，比如140 µs，而不是非得等到下一個(gè)子幀到來(lái)，也就是500 µs以后。也就是說(shuō)上一次傳輸結(jié)束以后，兩者可以同時(shí)開始，從而節(jié)省了等待時(shí)間。

★ 1.2.2 多載波技術(shù)改進(jìn)

在OFDM系統(tǒng)中，各個(gè)子載波在時(shí)域相互正交，它們的頻譜相互重疊，因而具有較高的頻譜利用率。OFDM技術(shù)一般應(yīng)用在無(wú)線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，在OFDM系統(tǒng)中，由于無(wú)線信道的多徑效應(yīng)，從而使符號(hào)間產(chǎn)生干擾。

為了消除符號(hào)問干擾(ISI)，在符號(hào)間插入保護(hù)間隔。插入保護(hù)間隔的一般方法是符號(hào)間置零，即發(fā)送第一個(gè)符號(hào)后停留一段時(shí)間(不發(fā)送任何信息)，接下來(lái)再發(fā)送第二個(gè)符號(hào)。在OFDM系統(tǒng)中，這樣雖然減弱或消除了符號(hào)間干擾，由于破壞了子載波間的正交性，從而導(dǎo)致了子載波之間的干擾(ICI)。因此，這種方法在OFDM系統(tǒng)中不能采用。在OFDM系統(tǒng)中，為了既可以消除ISI，又可以消除ICI，通常保護(hù)間隔是由CP(Cycle Prefix ，循環(huán)前綴來(lái))充當(dāng)。CP是系統(tǒng)開銷，不傳輸有效數(shù)據(jù),從而降低了頻譜效率。

目前LTE里使用的CP-OFDM技術(shù)能很好的解決多徑時(shí)延的問題，但是對(duì)相鄰子帶間的頻偏和時(shí)偏比較敏感，這主要是由于該系統(tǒng)的頻譜泄漏比較大，因此容易導(dǎo)致子帶間干擾。目前LTE系統(tǒng)在頻域上使用了保護(hù)間隔，但這樣降低了頻譜效率，同時(shí)也在一定程度上增加了時(shí)延，因此5G需要考慮一些新波形技術(shù)。目前的CP-OFDM在MTC、短促接入場(chǎng)景上會(huì)遇到挑戰(zhàn)，極地時(shí)延業(yè)務(wù);突發(fā)、短幀傳輸;低成本終端具有較大的頻率偏差，對(duì)正交不利。在多個(gè)點(diǎn)協(xié)作通信場(chǎng)景，多個(gè)點(diǎn)信號(hào)發(fā)射和接收難度較大。

目前有一些候選的改進(jìn)技術(shù)，3gpp會(huì)議上各公司提出來(lái)的新波形候選方案包括：加窗正交頻分復(fù)用(CP-OFDM with WOLA)、移位的濾波器組多載波(FBMC-OQAM)，濾波器組的正交頻分復(fù)用(FB-OFDM)、通用濾波多載波(UFMC)、濾波器的正交頻分復(fù)用(F-OFDM)和廣義頻分復(fù)用(GFDM)。這些技術(shù)都太專業(yè)，再此不表，有興趣的同學(xué)可以用關(guān)鍵字搜索了解，多年沒做這塊了，理解起來(lái)也有些費(fèi)勁，不過沒關(guān)系，知道他是解決什么問題的就好了。 

★ 1.2.3 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)作為5G里至關(guān)重要的一項(xiàng)技術(shù)，極大的解放了運(yùn)營(yíng)商，深受運(yùn)營(yíng)商喜愛。傳統(tǒng)的各種路由器都是硬交換，規(guī)則什么的都需要連網(wǎng)線提前配置好的，修改什么的非常不便，當(dāng)然如果沒有數(shù)據(jù)包按需處理的需求，這樣其實(shí)也挺好，快速且穩(wěn)定。但是隨著差異化服務(wù)的需求越來(lái)越多，如何更快速高效的管理網(wǎng)絡(luò)成了頭疼的問題了，SDN的出現(xiàn)剛好解決了這個(gè)問題，軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)是由美國(guó)斯坦福大學(xué)CLean State課題研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方式。

進(jìn)行SDN改造后，無(wú)需對(duì)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由器反復(fù)進(jìn)行配置，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備本身就是自動(dòng)化連通的。只需要在使用時(shí)定義好簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則即可。

SDN所做的事是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的控制權(quán)分離出來(lái)，由集中的控制器管理，無(wú)須依賴底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(路由器、交換機(jī)、防火墻)，屏蔽了來(lái)自底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的差異。而控制權(quán)是完全開放的，用戶可以自定義任何想實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸規(guī)則策略，從而更加靈活和智能?？刂破矫婧蛿?shù)據(jù)平面分離，可以針對(duì)不同的數(shù)據(jù)包類型/來(lái)源配置不同的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，從而對(duì)數(shù)據(jù)包區(qū)分不同的服務(wù)等級(jí)，進(jìn)而產(chǎn)生了服務(wù)質(zhì)量的區(qū)別。

有人對(duì)SDN做了一個(gè)形象生動(dòng)的比喻，有助于幫助更好的理解SDN。

1.3 mMTC

先來(lái)看看mMTC的KPI，連接密度是1,000,000/km2，電池壽命是在MCL(最大耦合損耗)為164dB時(shí)工作10～15年，也就是說(shuō)在信號(hào)很差的情況下仍然能工作10～15年(信號(hào)越差發(fā)射功率越大，越耗電)，覆蓋增強(qiáng)是要求在MCL=164dB時(shí)能提供160bps的速率，UE的復(fù)雜度和成本要求是非常低。

LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在3GPP R13中被稱為L(zhǎng)TE enhanced MTC (eMTC)，旨在基于現(xiàn)有的LTE載波滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求。NB-IoT是NB-CIoT和NB-LTE的融合，國(guó)內(nèi)主要推行的是NB-IoT技術(shù)。

兩項(xiàng)技術(shù)有什么區(qū)別呢?如下圖所示，兩項(xiàng)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，如果對(duì)語(yǔ)音、移動(dòng)性、速率等有較高要求，則選擇eMTC技術(shù)。相反，如果對(duì)這些方面要求不高，而對(duì)成本、覆蓋等有更高要求，則可選擇NB-IoT。

小區(qū)容量雖然都是5萬(wàn)個(gè)連接，但基本都使用了PSM和eDRX機(jī)制，這樣設(shè)備大部分時(shí)間處于休眠，降低了與基站的信令交互，也間接的提升了小區(qū)容量。這種容量的提升，主要是以設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間休眠而帶來(lái)的，可以看到NB-IoT的eDRX周期時(shí)間相比eMTC更長(zhǎng)，所以對(duì)于下行數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度上會(huì)更慢。

這兩種技術(shù)，針對(duì)不同類型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，因此也有人說(shuō)兩項(xiàng)技術(shù)之間是互補(bǔ)的關(guān)系，并各自適用于不同的物聯(lián)網(wǎng)使用場(chǎng)景。

• 第一類業(yè)務(wù)：水表、電表、燃?xì)獗怼⒙窡?、井蓋、垃圾筒等行業(yè)/場(chǎng)景，具有靜止、數(shù)據(jù)量很小、時(shí)延要求不高等特點(diǎn)，但對(duì)工作時(shí)長(zhǎng)、設(shè)備成本、網(wǎng)絡(luò)覆蓋等有較嚴(yán)格的要求。針對(duì)此類業(yè)務(wù)，技術(shù)上NB-IoT更合適。
• 第二類業(yè)務(wù)：電梯、智能穿戴、物流跟蹤等行業(yè)/場(chǎng)景，則對(duì)數(shù)據(jù)量、移動(dòng)性、時(shí)延有一定的要求。針對(duì)這類業(yè)務(wù)，技術(shù)上eMTC則更勝一籌。 

下面的圖是3GPP關(guān)于5G時(shí)代將著手解決Massive和Critical問題，Massive即大容量物聯(lián)網(wǎng)通信的問題，Critical包括高可靠低時(shí)延。標(biāo)準(zhǔn)還在持續(xù)演進(jìn)，目前國(guó)內(nèi)中國(guó)電信的NB-IoT建網(wǎng)速度是最快的，從我們線上使用的情況來(lái)看，也基本都能覆蓋到我們的業(yè)務(wù)區(qū)域。

2. 5G的組網(wǎng)及覆蓋

2.1 國(guó)內(nèi)頻譜分配

國(guó)內(nèi)的5G頻譜分配結(jié)果已出，應(yīng)該也是根據(jù)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)狀評(píng)估過之后的結(jié)果。下圖綠色部分為這次分配的頻譜，電信和聯(lián)通各分得100MHz，移動(dòng)分得260MHz。 

1)中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信獲得3.5GHz附近國(guó)際主流的5G頻段，具有如下特點(diǎn)：

• 產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟，研發(fā)較完善，最具有全球通用可行性;
• 發(fā)展進(jìn)度比較快，實(shí)現(xiàn)商用的時(shí)間比較早;
• 更低頻、更經(jīng)濟(jì)，所需基站密度更低，資本支出相對(duì)更小。

2)中國(guó)移動(dòng)獲得2.6+4.9GHz組合頻譜，具有如下特點(diǎn)：

• 4.9GHz的100M帶寬可以支持的用戶數(shù)和流量更多，但是所需基站的密度更大，對(duì)資本支出帶來(lái)一定壓力;
• 2.6GHz頻譜產(chǎn)業(yè)鏈成熟度低，需要中國(guó)移動(dòng)主動(dòng)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的培育和布局，但覆蓋范圍廣、資本開支小，也可為5G商用帶來(lái)雙頻段保險(xiǎn)。

3)可以看到給中國(guó)移動(dòng)分配的頻段一共是260MHz，但是由于此次分配的2515-2675MHz包含之前4G在該頻段上的范圍，去除之前4G分配過的，本次分配實(shí)際新增頻譜是200MHz。

中國(guó)移動(dòng)在2.6GHz(2575MHz～2635MHz)上本來(lái)就有大量的TD-LTE設(shè)備，在5G建設(shè)中也將會(huì)有速度優(yōu)勢(shì)。尤其是借助原有設(shè)備的升級(jí)改造，可以加大5G的覆蓋能力，但2.6GHz目前并非主流的5G頻譜，因此在產(chǎn)業(yè)鏈上會(huì)需要移動(dòng)花更多的功夫來(lái)培育。

3.5GHz是國(guó)內(nèi)的主流頻譜，該頻段上的產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)更加成熟，因此也是運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。

2.2 熱點(diǎn)覆蓋or連續(xù)覆蓋?

2.6GHz具備室外連續(xù)覆蓋的可行性，但是其上行覆蓋受限于終端能力及功率等，上行覆蓋能力較弱。上行覆蓋相對(duì)于1800MHz相差4dB，相對(duì)于800MHz更是相差10dB以上。無(wú)線信號(hào)在自由空間中的傳播損耗遵循一定的規(guī)律，頻譜越高，傳播損耗更大，傳播的距離更短。其實(shí)連續(xù)覆蓋還是熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋，主要涉及到的是投資成本的問題，以及投資回報(bào)比，因?yàn)閭鞑p耗越高也就意味著基站要建的更密集，成本隨之大大增高，中國(guó)移動(dòng)分配到的頻段更低，具有更大的連續(xù)覆蓋的可能性。

據(jù)保守估計(jì)，5G基站(宏基站)數(shù)量將會(huì)是先有4G基站數(shù)量的1.2～1.5倍。由于5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于較高頻段，傳統(tǒng)宏基站的穿透能力減弱，因此小基站或室內(nèi)分布式系統(tǒng)基站會(huì)成為很大的補(bǔ)充，比如在一些熱點(diǎn)的室內(nèi)、商場(chǎng)、場(chǎng)館、地下停車場(chǎng)等部署分布式系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)。

2.3 SAor NSA?

首先解釋一下SA和NSA。非獨(dú)立組網(wǎng)(Non-Standalone,NSA)，獨(dú)立組網(wǎng)(Standalone, SA)。

其實(shí)這個(gè)概念很容易理解，如下圖所示。從4G升級(jí)到5G，有兩大種方案可選，財(cái)大氣粗的可以選擇完全獨(dú)立建設(shè)一套5G核心網(wǎng)和5G基站。而一些實(shí)力沒那么雄厚的，可以考慮過度一下，復(fù)用現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)，享受5G基站帶來(lái)空口新特性，空口速率會(huì)有所提升，但是無(wú)法使用5G核心網(wǎng)的一些諸如網(wǎng)絡(luò)切片之類的新特性。  

因?yàn)閲?guó)外還是有很多的運(yùn)營(yíng)商財(cái)力不是很雄厚，4G的成本還沒收回，又要鋪設(shè)這么大一張網(wǎng)，實(shí)在是有心無(wú)力。因此3GPP為了讓大家能在5G愉快的玩耍，也提供了各種NSA的升級(jí)套餐供各家選擇。因?yàn)?G的空口速率上去了后，4G原有基站可能支撐不了這么大的速率，可能會(huì)面臨一些改造。

NSA由于其5G空口載波只承載用戶數(shù)據(jù)，系統(tǒng)級(jí)的業(yè)務(wù)控制仍要依賴4G網(wǎng)絡(luò)，是在現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)上增加新型在播來(lái)進(jìn)行擴(kuò)容。因?yàn)槿允且蕾?G系統(tǒng)的核心網(wǎng)與控制面，非獨(dú)立組網(wǎng)架構(gòu)無(wú)法充分發(fā)揮5G系統(tǒng)低時(shí)延的技術(shù)特點(diǎn)，也無(wú)法通過網(wǎng)絡(luò)切片、移動(dòng)邊緣計(jì)算等特性實(shí)現(xiàn)對(duì)多樣化業(yè)務(wù)需求的靈活支持。

從全球看，大部分的運(yùn)營(yíng)商在初期階段選擇了NSA，這樣部署起來(lái)比較快，但是這個(gè)只能滿足5G三大場(chǎng)景中的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶部分，還無(wú)法滿足低時(shí)延高可靠和海量大連接場(chǎng)景。另外5G的NSA標(biāo)準(zhǔn)close的比較早，SA標(biāo)準(zhǔn)還在進(jìn)行中，因此一些現(xiàn)有的5G終端芯片是只支持NSA的，如果只是從帶寬的角度來(lái)考慮，手機(jī)僅支持NSA也問題不大。

2.4 超密集組網(wǎng)(UDN)

5G里在一些熱點(diǎn)的區(qū)域具備高密集組網(wǎng)能力，比如與大麥業(yè)務(wù)比較貼近的大型場(chǎng)館演出賽事時(shí)，會(huì)是一個(gè)超密集組網(wǎng)的場(chǎng)景。在熱點(diǎn)高容量密集場(chǎng)景下，無(wú)線環(huán)境復(fù)雜且干擾多變，基站的超密集組網(wǎng)可以在一定程度上提高系統(tǒng)的頻譜效率，并通過快速資源調(diào)度可以快速進(jìn)行無(wú)線資源調(diào)配，提高系統(tǒng)無(wú)線資源利用率和頻譜效率，但同時(shí)也帶來(lái)了許多問題。

高密度的無(wú)線接入站點(diǎn)共存可能帶來(lái)嚴(yán)重的系統(tǒng)干擾問題;高密度站點(diǎn)會(huì)使小區(qū)間切換將更加頻繁，會(huì)使信令消耗量大幅度激增，用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量下降;為了實(shí)現(xiàn)低功率小基站的快速靈活部署，要求具備小基站即插即用能力，具體包括自主回傳、自動(dòng)配置和管理等功能。

解決這些問題的關(guān)鍵技術(shù)有：

1)多連接技術(shù)，多連接技術(shù)的主要目的在于實(shí)現(xiàn)UE (用戶終端)與宏微多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)連接。在雙連接模式下，宏基站作為雙連接模式的主基站，提供集中統(tǒng)一的控制面;微基站作為雙連接的輔基站，只提供用戶面的數(shù)據(jù)承載。輔基站不提供與UE 的控制面連接，僅在主基站中存在對(duì)應(yīng)UE 的RRC(無(wú)線資源控制)實(shí)體。

2)無(wú)線回傳技術(shù)，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基站與基站之間很難做到快速、高效、低時(shí)延的橫向通信，基站不能實(shí)現(xiàn)理想的即插即用。為了提高節(jié)點(diǎn)部署的靈活性，降低部署成本，利用與接入鏈路相同的頻譜和技術(shù)進(jìn)行無(wú)線回傳傳輸能解決這一問題。在無(wú)線回傳方式中，無(wú)線資源不僅為終端服務(wù)，還為節(jié)點(diǎn)提供中繼服務(wù)。

3)小小區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整，頻譜利用率最大化。對(duì)于展會(huì)或者球賽這種突發(fā)性質(zhì)的集會(huì)和賽事，其話務(wù)波動(dòng)特性比較明顯，用戶群體網(wǎng)絡(luò)分享行為較為普遍，因此對(duì)上行容量要求較高。對(duì)于相對(duì)封閉的室內(nèi)場(chǎng)館區(qū)域，需要根據(jù)實(shí)時(shí)話務(wù)的情況實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)UL/DL子幀配比調(diào)整比如調(diào)整為上行占優(yōu)的配置以滿足上行視頻回傳類需求。具體來(lái)說(shuō)，電影音樂等大數(shù)據(jù)下載這類對(duì)下行資源需求較高的場(chǎng)景，需要擴(kuò)充更多的下行資源用于傳輸，比如從D/U從3:1調(diào)整為8:1;大型會(huì)議實(shí)況直播，視頻或音頻內(nèi)容上傳，則對(duì)上行資源存在極大的需求，比如從D/U從3:1調(diào)整為1:3。再有，業(yè)務(wù)類型趨同的用戶群體通常是分簇形式，甚至是以小區(qū)單元存在的，即在部署區(qū)域，當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)用戶業(yè)務(wù)需求統(tǒng)計(jì)體現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定而明顯的特征，比如對(duì)上行業(yè)務(wù)需求量增加，那么需要對(duì)此區(qū)域的小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的時(shí)隙調(diào)整。

復(fù)雜多樣的場(chǎng)景下的通信體驗(yàn)要求越來(lái)越高，為了滿足用戶能在大型集會(huì)、露天集會(huì)、演唱會(huì)的超密集場(chǎng)景下獲得一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要支持1000倍的容量增益，以及1000億針對(duì)這種未來(lái)熱點(diǎn)高容量的場(chǎng)景，UDN(超密集組網(wǎng))通過增加基站部署密度，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率復(fù)用效率和網(wǎng)絡(luò)容量的巨大提升，將成為熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景的關(guān)鍵解決方案。不久的將來(lái)，超高清、3D和沉浸式視頻的流行會(huì)使得數(shù)據(jù)速率大幅提升，大量個(gè)人數(shù)據(jù)和辦公數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，海量實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互需要可以媲美光纖的傳輸速率。

3. 總結(jié)

總結(jié)一下，在本文中，我們可以了解到5G的關(guān)鍵技術(shù)。

1)其中單基站的峰值速率要達(dá)到20Gbps，頻譜效率要達(dá)到4G的3～5倍，這是關(guān)于eMBB超寬帶的指標(biāo)，使用的主要技術(shù)包括LDPC/Polar碼等新的編碼技術(shù)提升容量，使用毫米波拓展更多頻譜，使用波束賦形帶來(lái)空分多址增益，使用NOMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)PDMA功率域的增益，使用Massive MIMO技術(shù)來(lái)獲得更大的容量，毫米波讓波長(zhǎng)更短，天線更短，在手機(jī)上可以安置的天線數(shù)更多，基站側(cè)可支持64T64R共128根的天線陣列。

2)時(shí)延達(dá)到1毫秒，這是關(guān)于uRLLC的場(chǎng)景，主要是新的空口標(biāo)準(zhǔn)5GNR中定義了更靈活的幀結(jié)構(gòu)，更靈活的子載波間隔配置，最大的子載波間隔240KHz對(duì)應(yīng)時(shí)隙長(zhǎng)0.0625ms，這樣超低時(shí)延應(yīng)用稱為可能。通過新的多載波技術(shù)解決目前CP-OFDM中存在的保護(hù)間隔等資源浪費(fèi)，降低時(shí)延增大利用率。除此之外，還有網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，讓網(wǎng)絡(luò)變得更加彈性，可以更好的支持超低時(shí)延的應(yīng)用，建立一條端到端的高速功率，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)主要是核心網(wǎng)的SDN和NFV的應(yīng)用。

3)連接密度每平方公里達(dá)到100萬(wàn)個(gè)，這是關(guān)于mMTC的場(chǎng)景，目前標(biāo)準(zhǔn)主要還是基于eMTC和NB-IoT進(jìn)行演進(jìn)，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)量、移動(dòng)性、時(shí)延有一定的要求的場(chǎng)景eMTC更合適，具有靜止、數(shù)據(jù)量很小、時(shí)延要求不高等特點(diǎn)，但對(duì)工作時(shí)長(zhǎng)、設(shè)備成本、網(wǎng)絡(luò)覆蓋等有較嚴(yán)格要求的場(chǎng)景NB-IoT更合適，目前國(guó)內(nèi)主要覆蓋的是NB-IoT。這里的連接量其實(shí)是一個(gè)相對(duì)彈性或理想的值，因?yàn)檫B接量的提升主要是以終端通過PSM或eDRX技術(shù)實(shí)現(xiàn)休眠所帶來(lái)的，未來(lái)更多的并發(fā)能力，更小的網(wǎng)絡(luò)信令消耗、更多的突發(fā)數(shù)據(jù)包等場(chǎng)景都需要被考慮到，這部分的演進(jìn)仍然有著較長(zhǎng)的路要走。 

4. 后記

今天的AI非常繁榮火爆，更多的是集中在圖像識(shí)別領(lǐng)域，不可否認(rèn)CNN和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在這一領(lǐng)域帶來(lái)的巨大變革，但是AI不等于DNN，不等于圖像識(shí)別，更不等于人臉識(shí)別，要達(dá)到更智能的世界還需要AI技術(shù)在更多方面取得突破。

AI在圖像領(lǐng)域取得突破相當(dāng)于智能世界的眼睛正在變得更加明亮，原來(lái)計(jì)算機(jī)無(wú)法理解的圖像，正在慢慢的變得結(jié)構(gòu)化、可理解，圖像識(shí)別、圖像跟蹤、圖像分割等都讓前端變得更加智能了。語(yǔ)音識(shí)別取得的進(jìn)步相當(dāng)于智能世界的耳朵變得能聽見且能聽懂了。各種傳感技術(shù)的進(jìn)步會(huì)逐步接近人的觸覺、嗅覺等等對(duì)物理世界的感知。最終匯聚到大腦完成智能的決策、指令的上傳下達(dá)，而5G網(wǎng)絡(luò)正在逐漸成為連接智能世界各個(gè)部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)值得期待，也期望咱們阿里的城市大腦能成為未來(lái)智能世界的重要組成部分。

5G的eMBB場(chǎng)景肯定會(huì)更早的發(fā)展起來(lái)，因?yàn)檫@一塊是相對(duì)需求明確，用戶感知度高的。5G的另外兩個(gè)場(chǎng)景估計(jì)需要更多的與場(chǎng)景結(jié)合，更多的是產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商面向B端的應(yīng)用，也是目前運(yùn)營(yíng)商比較積極參與的。