隨著5G商用牌照的發(fā)放，全球服務(wù)運營商已經(jīng)開始部署5G服務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)即將在2019年實現(xiàn)商用。5G產(chǎn)業(yè)也從初期的設(shè)備研發(fā)向規(guī)模化生產(chǎn)及大批量現(xiàn)場部署以及廣泛的商業(yè)應(yīng)用方面轉(zhuǎn)化。讓我們一來起看看，當(dāng)前5G的現(xiàn)狀、即將到來的創(chuàng)新成果，以及一些有待解決的挑戰(zhàn)。

5G的當(dāng)前現(xiàn)狀

每年都會有超過10萬人匯聚巴塞羅那，參加全球規(guī)模最大且最引人矚目的移動技術(shù)貿(mào)易展——世界移動通信大會（MWC）。通信領(lǐng)域的幾乎所有重要參與企業(yè)都會在大會上展示其最新原型、宣布最新產(chǎn)品發(fā)布和演示未來技術(shù)。MWC 2019的氛圍和創(chuàng)新成果與以往炒作和概念宣傳明顯不同。手機再次開始變異，被賦予了新的外形和功能。服務(wù)運營商、基礎(chǔ)設(shè)施制造商、設(shè)備制造商和半導(dǎo)體制造商都展示了他們的5G產(chǎn)品。測試與測量公司也展示了其最新設(shè)備如何幫助無線通信技術(shù)公司快速從原型過渡到產(chǎn)品。

圖1.折疊屏手機原型機

2019 5G從理論變?yōu)楝F(xiàn)實的元年

如果5G只是提高移動寬帶，僅在手機外形上進行創(chuàng)新，那么5G可能就名不副實了。但今年的技術(shù)只是一個開端。真正的創(chuàng)新在于依托5G逐步實現(xiàn)的所有新應(yīng)用，尤其是5G超低延遲和毫米波應(yīng)用。

新的增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實應(yīng)用可能成為第一批使用5G的主要應(yīng)用。更快的流媒體速率和更大的手機屏幕將給消費者帶來更加身臨其境的體驗。、固定無線接入也有可能改變消費者在家中接入互聯(lián)網(wǎng)的方式。而光纖到戶的成本非常高，而且會有很多麻煩。固定無線接入并非新技術(shù)，但相比現(xiàn)有的光纖接入技術(shù)，大規(guī)模MIMO和毫米波技術(shù)可為固定無線接入點提供千兆級吞吐量，并且在經(jīng)濟性上更勝一籌。

雖然在MWC 2019上，關(guān)于V2X（車聯(lián)網(wǎng)）等復(fù)雜應(yīng)用的展示并不是很多，但這些應(yīng)用卻是行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)和主要研究人員的重點研究對象。為了成功實現(xiàn)V2X，公司需要利用5G的低延遲、高可靠性和高帶寬。盡管研究人員正在努力嘗試使用5G系統(tǒng)組件開發(fā)新應(yīng)用，但仍面臨很多困難，因為他們需要符合5G標(biāo)準(zhǔn)的硬件來執(zhí)行一致性測試，而且可選擇的范圍非常有限。軟件無線電（SDR）已經(jīng)改變了5G開發(fā)的方式，因為研究人員已經(jīng)可以為大規(guī)模MIMO等復(fù)雜的新理念構(gòu)建實時原型。未來它仍將是一種顛覆性技術(shù)——研究人員可以使用SDR開發(fā)完整的5G NR UE或gNB，因此在開發(fā)高級應(yīng)用時，就無需過多依賴商業(yè)硬件，而且也加快了開發(fā)速度。

無線通信的應(yīng)用正從電信領(lǐng)域擴展到人類生活的方方面面。如果說MWC2019是對今年后半年5G發(fā)展的預(yù)示，那么2019年就是5G從理論變?yōu)楝F(xiàn)實的元年。

5G 組網(wǎng)技術(shù)路線及趨勢

目前全球范圍內(nèi)的5G組網(wǎng)部署已經(jīng)開始，不同國家以及不同的運營商組網(wǎng)的方式也有所不同。3GPP制定的5G國際標(biāo)準(zhǔn)包含了非獨立組網(wǎng)（NSA）和獨立組網(wǎng)（SA）兩種模式。

NSA非獨立組網(wǎng)模式需要與現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)，部署時間短前期成本較低，是當(dāng)前全球主要運營企業(yè)選擇的組網(wǎng)模式。但NSA模式5G基站不能單獨工作，僅支持增強移動寬帶業(yè)務(wù)，不具備5G物聯(lián)網(wǎng)場景業(yè)務(wù)能力。導(dǎo)致5G 全能力網(wǎng)絡(luò)部署的推遲，例如因NSA 不支持網(wǎng)絡(luò)切片、虛擬化性價比低等，失去市場競爭的先發(fā)優(yōu)勢。

SA獨立組網(wǎng)需要重新建設(shè)5G核心網(wǎng)和無線網(wǎng)，5G終端通過5G 基站接入5G 核心網(wǎng)絡(luò)進行通信，實現(xiàn)端到端的獨立組網(wǎng)。前期部署難度較大，成本較高。但SA 相比NSA 能提供更強的業(yè)務(wù)支持能力。支持增強寬帶移動、低時延、高可靠等全業(yè)務(wù)能力，是實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)。但5G全新的核心網(wǎng)絡(luò)會給設(shè)備能力、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營管理等帶來一些挑戰(zhàn)。目前SA 設(shè)備成熟度比NSA 滯后6 個月。就5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言，這兩種組網(wǎng)模式各有特點。

從全球范圍看，美國雖于2018 年最早宣布在部分城市啟動5G 商用，但因缺乏中頻段頻譜資源，采用毫米波頻段，難以實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)覆蓋，只能選擇非獨立組網(wǎng)模式，其用戶體驗類似于“4G+Wi-Fi”寬帶。但美國正在努力為5G 爭取中頻段資源，一旦獲得，不排除選擇獨立組網(wǎng)模式。

歐洲業(yè)務(wù)市場發(fā)展緩慢，運營企業(yè)資金困難，初期主要采用非獨立組網(wǎng)模式，以降低建網(wǎng)壓力。韓國和日本的業(yè)務(wù)應(yīng)用市場活躍，但整體規(guī)模較小，難以獨自帶動全球產(chǎn)業(yè)，只能采取跟隨策略，初期選擇非獨立組網(wǎng)模式。
我國在國際標(biāo)準(zhǔn)組織和5G 研發(fā)中一直兼顧非獨立組網(wǎng)和獨立組網(wǎng)兩種模式，引導(dǎo)著獨立組網(wǎng)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國電信、中國移動等企業(yè)明確表示會以獨立組網(wǎng)（SA）模式為主體開展5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。中國將推進SA產(chǎn)業(yè)盡快成熟，加速支撐5G 獨立組網(wǎng)模式的產(chǎn)業(yè)快速成長。

5G的關(guān)鍵創(chuàng)新之一毫米波應(yīng)用

到目前為止，毫米波的部署主要是為了實現(xiàn)固定無線接入，用作為光纖到戶(FTTP)的替代解決方案。早期的sub 6 GHz方案是通往5G之路的一個里程碑，但是毫米波無疑是5G生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。  

毫米波頻譜可為授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜中的移動接入提供豐富的頻譜資源，因此始終是無線研究人員和5G生態(tài)系統(tǒng)運營商的關(guān)注焦點。事實上，上一代蜂窩、WiFI和藍牙所能提供的頻譜資源全部加起來都遠不如5G毫米波。在頻譜效率相近的情況下，頻譜資源越豐富，意味著數(shù)據(jù)速率越高，可容納的用戶數(shù)量也就越多。  

雖然毫米波頻段的5G移動接入提供了相當(dāng)豐富的專用頻譜資源，但相比sub 6 GHz方案，毫米波頻率下的波形傳播距離要短得多。此外，毫米波波形具有較強的方向性，很容易被阻斷，造成鏈路中斷。3GPP在規(guī)范中有相當(dāng)一部分介紹了波束管理和波束恢復(fù)的概念，以應(yīng)對理論上有可能出現(xiàn)的各種應(yīng)用場景。

5G采用SA組網(wǎng)時控制信令完全無需依賴4G/LTE。而NSA 5G毫米波則通過LTE提供錨點，控制信令通過鏈路進行傳輸。在SA 5G毫米波應(yīng)用場景中，控制信道可利用與數(shù)據(jù)相同的5G毫米波頻譜。如果5G毫米波UE直接連接至gNodeB，控制面和用戶面使用的均是毫米波頻段，這時控制信令碰到的干擾和阻斷問題與數(shù)據(jù)面相同，因此需要通過波束管理和恢復(fù)來維持鏈路，但完成這些步驟需要花點時間，因此鏈路被中斷的可能性非常大。NSA可為控制面提供更穩(wěn)定的鏈路，而且就移動設(shè)備來說，NSA對于gNodeB切換和小區(qū)選擇至關(guān)重要。由于在毫米波網(wǎng)絡(luò)中，基站部署非常密集，切換速率非常高，因此切換性能至關(guān)重要。

隨著通信行業(yè)朝著5G技術(shù)不斷努力，毫米波將作為實現(xiàn)5G移動接入的重要技術(shù)。在部署毫米波時，NSA和SA這兩種架構(gòu)之間的選擇和權(quán)衡變得更加尖銳突出，甚至難以抉擇。

3GPP R16發(fā)展趨勢和路線圖

關(guān)注5G開發(fā)的人可能會說5G開發(fā)已經(jīng)結(jié)束，而關(guān)注各大電信公司營銷的人士可能也會說5G已經(jīng)到位了。實際上，這只說對了一部分。是的，3GPP R15已經(jīng)正式凍結(jié)。此版本包含可視為“5G”標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容。 但5G開發(fā)尚未結(jié)束。R16（國際電聯(lián)的時間表有時稱為5G的“第2階段”）將包含R15 未涉及的許多用例和方案的標(biāo)準(zhǔn)化。

圖2：國際電聯(lián)和3GPP制定的5G時間表。來源：Netmanias

R16規(guī)范的制定周期為18個月，預(yù)計將于2019年底完成。5G的三個關(guān)鍵性能指標(biāo)是更快的峰值速率（增強移動寬帶，eMBB）、連接數(shù)密度（大規(guī)模機器通信，mMTC） 和更低的延遲（超可靠低延遲通信，URLLC）。R15規(guī)范主要側(cè)重于eMBB用例。R16 則更側(cè)重于URLLC，旨在擴展5G支持的功能并提高現(xiàn)有功能的效率。

Release 16 的部分研究領(lǐng)域涉及功能擴展，一些趨勢正在出現(xiàn)。得到了越來越多的垂直行業(yè)的支持，如非地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)(NTN)，車聯(lián)網(wǎng)(V2X)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。對于NTN，NR Release 15 將需要修 改以支持衛(wèi)星通信，尤其是在毫米波頻帶。對于V2X，針對側(cè)鏈路(PC5) 以及訪問網(wǎng)絡(luò)(Uu) 接口 的動態(tài)支持提議進一步的研究。正在為V2X 用例定義新的評估方法，包括車輛編隊、高級駕駛以 實現(xiàn)半自動或全自動駕駛以及遠程駕駛。其他趨勢和開放研究項目包括未經(jīng)許可的接入(NR-U) ，增強的MIMO 研究（特別是> 6 GHz）、集成接入和回程(IAB) 以及非正交多址(NOMA) 波形。隨著Release 16 的工作繼續(xù)進行，肯定會出現(xiàn)其他應(yīng)用和研究項目。

隨著2020年的最終期限逐漸迫近，2019年無疑將成為決定5G技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展最關(guān)鍵的一年。

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