趙麗

摘? ?要：基于新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的5G關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入、新型多址以及新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。由此，5G主要應(yīng)用于云VR/AR，AI化的遠(yuǎn)程醫(yī)療、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能化無(wú)線視頻監(jiān)控等場(chǎng)景。未來(lái)5G與各行業(yè)的深度融合，將帶來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的新機(jī)遇。文章對(duì)此進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：5G關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用場(chǎng)景;發(fā)展趨勢(shì)

2G萌生數(shù)據(jù)，3G催生數(shù)據(jù)，4G發(fā)展數(shù)據(jù)，4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展空前繁榮，就中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)而言，基站規(guī)模208萬(wàn)，用戶(hù)數(shù)7億，人口覆蓋12億，4G繁榮的同時(shí)推動(dòng)著5G時(shí)代的到來(lái)。5G關(guān)注主要應(yīng)用的能力指標(biāo)：更高的用戶(hù)體驗(yàn)速率，能夠達(dá)到GBPS量級(jí);設(shè)備密度達(dá)到每平方千米600萬(wàn)個(gè)，流量密度能夠達(dá)到20 Tbs每平方千米;端到端時(shí)延降低到毫秒級(jí)水平;移動(dòng)性達(dá)到500 km/h。

1? ? 5G關(guān)鍵技術(shù)

5G關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入、新型多址以及新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。大規(guī)模天線陣列可以大幅提升系統(tǒng)頻譜效率;超密集組網(wǎng)以提升百倍量級(jí)的容量為目的，用增加基站的部署密度作為手段實(shí)現(xiàn);新型多址技術(shù)通過(guò)發(fā)送信號(hào)的疊加傳輸來(lái)提升系統(tǒng)的接入能力，可以支撐千億級(jí)設(shè)備的連接需求;全頻譜接入技術(shù)可以滿(mǎn)足頻譜資源的需求;新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就是采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Software Defined Network/Network Function Virtualization，SDN＼NFV）和云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)[1]。

1.1? SDN和NFV

網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)SDN作為技術(shù)支持的，負(fù)責(zé)分離控制面和數(shù)據(jù)面，將網(wǎng)絡(luò)控制面整合于一體。這樣，網(wǎng)絡(luò)控制面對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面就有一個(gè)宏觀的、全面的視野。路由協(xié)議交換、路由表生成等路由功能均在統(tǒng)一的控制面完成，實(shí)現(xiàn)控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，通過(guò)軟件化集中控制網(wǎng)絡(luò)資源。

通信網(wǎng)的一些私有的專(zhuān)用網(wǎng)元設(shè)備比較昂貴，NFV的目標(biāo)就是用基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換設(shè)備，取代專(zhuān)用網(wǎng)元，通過(guò)IT虛擬化技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)功能軟件化，來(lái)達(dá)到降低設(shè)備成本的目的。通過(guò)軟硬件解耦的方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的功能，NFV虛擬化的主要設(shè)備包括交換機(jī)、路由器、HLR，RNC，SGW，PGW，BARS和MME等，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元功能配置的靈活性[2]。

1.2? 5G核心網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

服務(wù)化架構(gòu)（Service-Based Architecture，SBA）是5G的重要特征，結(jié)合移動(dòng)核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，將網(wǎng)絡(luò)按照“自包含、可重用、獨(dú)立管理”三原則，把網(wǎng)絡(luò)功能定義為若干個(gè)可重用的服務(wù)模塊。網(wǎng)絡(luò)功能間的交互由“服務(wù)”調(diào)用實(shí)現(xiàn)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)外呈現(xiàn)通用的服務(wù)化接口，可被授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)功能或服務(wù)調(diào)用。而傳統(tǒng)2G，3G，4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用的是“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的架構(gòu)，網(wǎng)元和網(wǎng)元之間的接口需預(yù)先定義和配置，靈活性不強(qiáng)。傳統(tǒng)3GPP的P2P架構(gòu)和5G SBA服務(wù)化架構(gòu)如圖1所示。

5G標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)概覽（Service Based Architecture，SBA）：5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)越性體現(xiàn)在服務(wù)化、控制面板模塊化、用戶(hù)面歸一化、網(wǎng)絡(luò)切片、移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）支持和統(tǒng)一鑒權(quán)。通過(guò)功能解耦的模塊化設(shè)計(jì)、控制與承載分離、功能間以服務(wù)的方式進(jìn)行調(diào)用等顛覆性的設(shè)計(jì)支持端到端切片以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

1.3? 5G網(wǎng)絡(luò)代表性服務(wù)能力

5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力最具代表性的是網(wǎng)絡(luò)切片和移動(dòng)邊緣計(jì)算。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的關(guān)鍵特性就是網(wǎng)絡(luò)切片。5G業(yè)務(wù)在帶寬、時(shí)延、連接等要求上差異巨大，體現(xiàn)在對(duì)移動(dòng)性、內(nèi)容感知、高可靠、低時(shí)延、無(wú)縫覆蓋以及大帶寬等方面，所以網(wǎng)絡(luò)需要端到端（End to End，E2E）切片滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)差異化SLA需求。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片分層，能夠按需求靈活地提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)切片管理的功能，結(jié)合虛擬化資源平臺(tái)，來(lái)提供專(zhuān)用的邏輯網(wǎng)絡(luò)。

MEC利用無(wú)線接入網(wǎng)就近提供用戶(hù)所需的服務(wù)和云端計(jì)算的功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)計(jì)算和數(shù)據(jù)緩存的能力，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算的能力部署更靠近用戶(hù)的邊緣。MEC技術(shù)是避免移動(dòng)承載網(wǎng)被管道化，使服務(wù)向信息化服務(wù)平臺(tái)跨越的關(guān)鍵性技術(shù)。MEC對(duì)無(wú)線網(wǎng)與業(yè)務(wù)進(jìn)行融合，將傳統(tǒng)的無(wú)線基站升級(jí)為智能化基站，從而可提供定制化、個(gè)性化的精準(zhǔn)服務(wù)。

2? ? 5G應(yīng)用場(chǎng)景

5G主要應(yīng)用場(chǎng)景可分為3大類(lèi)：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景（Enhanced Mobile Broadband，eMBB），包括連續(xù)廣覆蓋，熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景，具體應(yīng)用于增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí);低時(shí)延高可靠場(chǎng)景（Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC），具體應(yīng)用于車(chē)聯(lián)網(wǎng);低功耗大連接場(chǎng)景（Massive Machine Type of Communication，mMTC），具體應(yīng)用于海量物聯(lián)網(wǎng)。

2.1? 云VR/AR

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）是一種變革性的技術(shù)，與云存儲(chǔ)、云計(jì)算相結(jié)合，利用云端的服務(wù)器處理數(shù)據(jù)和計(jì)算密集型的任務(wù)，從而有效地提高數(shù)據(jù)處理能力。云VR/AR將在很大程度上降低設(shè)備成本，擴(kuò)大更多的受眾群體。連接到云端的各種人機(jī)界面將被使用，更多的交互方式（包括語(yǔ)音和觸摸等）將被引用。VR/AR對(duì)帶寬的需求是巨大的，所以它將成為未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)最有潛力的大流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這些云服務(wù)的訪問(wèn)速度將極大地依賴(lài)于5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展程度。

2.2? AI化的遠(yuǎn)程醫(yī)療

關(guān)于醫(yī)療的應(yīng)用場(chǎng)景，除了遠(yuǎn)程診斷，還包括醫(yī)療機(jī)器人和醫(yī)療認(rèn)知計(jì)算，這些應(yīng)用對(duì)連接提出了不間斷保障的要求（如生物遙測(cè)，基于VR的醫(yī)療培訓(xùn)，救護(hù)車(chē)無(wú)人機(jī)，生物信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?。移?dòng)運(yùn)營(yíng)商可以積極與醫(yī)療行業(yè)伙伴合作，創(chuàng)建一個(gè)有利的生態(tài)系統(tǒng)，提供醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Medical Things，IoMT）連接和相關(guān)服務(wù)，如數(shù)據(jù)分析和云服務(wù)等，從而支持各種功能和服務(wù)的部署。

2.3? 車(chē)聯(lián)網(wǎng)

自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)控駕駛、編隊(duì)行駛以及車(chē)輛的生命周期維護(hù)，還有傳感器等都需要安全可靠、高帶寬和低時(shí)延的連接，這樣的需求只有通過(guò)5G技術(shù)能夠滿(mǎn)足。當(dāng)E2E時(shí)延控制在10 ms以?xún)?nèi)時(shí)，在時(shí)速90 km下遠(yuǎn)程緊急制動(dòng)所產(chǎn)生的剎車(chē)距離不超過(guò)25 cm，這將推動(dòng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。另外，5G能夠通過(guò)為汽車(chē)和道路基礎(chǔ)設(shè)施提供大帶寬和低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)，提供高階道路感知和精確導(dǎo)航服務(wù)。通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)，5G+無(wú)人駕駛，未來(lái)或許可以有效地解決即將面臨的物流難題。

2.4? 智能化無(wú)線視頻監(jiān)控

隨著云和移動(dòng)邊緣計(jì)算的推出，電信云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施可以支持更多的人工智能輔助監(jiān)控應(yīng)用。攝像機(jī)則需要7×24 h不間斷地進(jìn)行視頻采集以支持這些應(yīng)用。攝像頭技術(shù)的發(fā)展，使得最新的視頻監(jiān)控?cái)z像頭具有很多增強(qiáng)的特性，這些特性將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流量。這些新的需求必然會(huì)依賴(lài)5G的技術(shù)支持。5G時(shí)代的視頻監(jiān)控正在演變成4K全高清監(jiān)控。視頻系統(tǒng)對(duì)以下監(jiān)控場(chǎng)景非常有用：公共場(chǎng)所、商業(yè)領(lǐng)域、交通中心、高犯罪率地區(qū)、防洪、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施等。

除了上述的幾種應(yīng)用場(chǎng)景，5G技術(shù)還有更多的應(yīng)用，例如超高清全景直播的社交網(wǎng)絡(luò)、支持專(zhuān)業(yè)巡檢和安防的聯(lián)網(wǎng)無(wú)人機(jī)、智慧能源和智能制造等。

3? ? 5G發(fā)展趨勢(shì)

從2016年關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，到2017年外場(chǎng)樣機(jī)試驗(yàn)（北京/上海/廣州/蘇州/寧波），到2018年規(guī)模試驗(yàn)（20站/城市），再到2019年預(yù)商用試驗(yàn)，面向2020年規(guī)模商用的5G試驗(yàn)規(guī)劃已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)。

通信行業(yè)的創(chuàng)新，無(wú)論是技術(shù)的創(chuàng)新還是應(yīng)用的創(chuàng)新都來(lái)自外部。5G不再是單純的技術(shù)支持，更是一種社會(huì)生產(chǎn)力，需要面向各個(gè)行業(yè)，面臨更多的社會(huì)問(wèn)題。相比4G的“修路”，5G則是“造城”，打造跨行業(yè)生態(tài)，包括通信、工業(yè)制造、智能車(chē)聯(lián)、增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)。

5G場(chǎng)景應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)需要更多的產(chǎn)業(yè)融合創(chuàng)新、資本的持續(xù)投入，因此，全面應(yīng)用的爆發(fā)是需要時(shí)間的，時(shí)間的長(zhǎng)短取決于需求的改變、技術(shù)的創(chuàng)新和資本的投入。對(duì)于社會(huì)來(lái)說(shuō)，還會(huì)有可能改變法律。未來(lái)的前景很樂(lè)觀，但是爆發(fā)的時(shí)間一定會(huì)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

“4G改變生活，5G改變社會(huì)”，5G與各行業(yè)深度融合，滲透到未來(lái)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，帶來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的新機(jī)遇，致使各行業(yè)的繁榮，最終實(shí)現(xiàn)新連接、新應(yīng)用、新產(chǎn)業(yè)、新生態(tài)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]蔣雅麗.推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中國(guó)移動(dòng)加快“5G+”融合發(fā)展[J].通信世界，2019（5）：8-9.

[2]錢(qián)志鴻，王雪.面向5G通信網(wǎng)的D2D技術(shù)綜述[J].通信學(xué)報(bào)，2016（7）：1-14.

Research on the application and development of the key technology of 5G

Zhao Li

（China Mobile Tietong Co.， Ltd.， Shenyang Branch， Shenyang 110000， China）

Abstract：The key technologies of 5G based on new network architecture include large-scale antenna array， ultra-dense networking， full spectrum access， new multiple access and new network architecture. Therefore， 5G is mainly used in cloud VR/AR， AI-based telemedicine， vehicle networking， intelligent wireless video surveillance and other scenarios. The deep integration of 5G and other industries in the future will bring new opportunities for the interconnection of all things. This paper analyzes and studies it.

Key words：5G key technology; application scenario; development trend