2019年5G意味著什么?
隨著5G商用牌照的發(fā)放,全球服務(wù)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始部署5G服務(wù),5G網(wǎng)絡(luò)即將在2019年實(shí)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(chǎng)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(huì)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(dòng)技術(shù)貿(mào)易展——世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWC)。通信領(lǐng)域的幾乎所有重要參與企業(yè)都會(huì)在大會(huì)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(jī)再次開始變異,被賦予了新的外形和功能。服務(wù)運(yùn)營(yíng)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(cè)試與測(cè)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(jī)原型機(jī)
2019 5G從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的元年
如果5G只是提高移動(dòng)寬帶,僅在手機(jī)外形上進(jìn)行創(chuàng)新,那么5G可能就名不副實(shí)了。但今年的技術(shù)只是一個(gè)開端。真正的創(chuàng)新在于依托5G逐步實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)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(jī)屏幕將給消費(fèi)者帶來更加身臨其境的體驗(yàn)。、固定無線接入也有可能改變消費(fèi)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(huì)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(diǎn)提供千兆級(jí)吞吐量,并且在經(jīng)濟(jì)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(diǎn)研究對(duì)象。為了成功實(shí)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?yàn)樗麄冃枰?G標(biāo)準(zhǔn)的硬件來執(zhí)行一致性測(cè)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?yàn)檠芯咳藛T已經(jīng)可以為大規(guī)模MIMO等復(fù)雜的新理念構(gòu)建實(shí)時(shí)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(jí)應(yīng)用時(shí),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(kuò)展到人類生活的方方面面。如果說MWC2019是對(duì)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(shí)的元年。
5G 組網(wǎng)技術(shù)路線及趨勢(shì)
目前全球范圍內(nèi)的5G組網(wǎng)部署已經(jīng)開始,不同國(guó)家以及不同的運(yùn)營(yíng)商組網(wǎng)的方式也有所不同。3GPP制定的5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)包含了非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA)和獨(dú)立組網(wǎng)(SA)兩種模式。
NSA非獨(dú)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(shí)間短前期成本較低,是當(dāng)前全球主要運(yùn)營(yíng)企業(yè)選擇的組網(wǎng)模式。但NSA模式5G基站不能單獨(dú)工作,僅支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù),不具備5G物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)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(jià)比低等,失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
SA獨(dú)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(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)端到端的獨(dú)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(qiáng)的業(yè)務(wù)支持能力。支持增強(qiáng)寬帶移動(dòng)、低時(shí)延、高可靠等全業(yè)務(wù)能力,是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)。但5G全新的核心網(wǎng)絡(luò)會(huì)給設(shè)備能力、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)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(gè)月。就5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言,這兩種組網(wǎng)模式各有特點(diǎn)。
從全球范圍看,美國(guó)雖于2018 年最早宣布在部分城市啟動(dòng)5G 商用,但因缺乏中頻段頻譜資源,采用毫米波頻段,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)覆蓋,只能選擇非獨(dú)立組網(wǎng)模式,其用戶體驗(yàn)類似于“4G+Wi-Fi”寬帶。但美國(guó)正在努力為5G 爭(zhēng)取中頻段資源,一旦獲得,不排除選擇獨(dú)立組網(wǎng)模式。
歐洲業(yè)務(wù)市場(chǎng)發(fā)展緩慢,運(yùn)營(yíng)企業(yè)資金困難,初期主要采用非獨(dú)立組網(wǎng)模式,以降低建網(wǎng)壓力。韓國(guó)和日本的業(yè)務(wù)應(yīng)用市場(chǎng)活躍,但整體規(guī)模較小,難以獨(dú)自帶動(dòng)全球產(chǎn)業(yè),只能采取跟隨策略,初期選擇非獨(dú)立組網(wǎng)模式。
我國(guó)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織和5G 研發(fā)中一直兼顧非獨(dú)立組網(wǎng)和獨(dú)立組網(wǎng)兩種模式,引導(dǎo)著獨(dú)立組網(wǎng)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)等企業(yè)明確表示會(huì)以獨(dú)立組網(wǎng)(SA)模式為主體開展5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。中國(guó)將推進(jìn)SA產(chǎn)業(yè)盡快成熟,加速支撐5G 獨(dú)立組網(wǎng)模式的產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)。
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(shí)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(gè)里程碑,但是毫米波無疑是5G生態(tài)系統(tǒng)實(shí)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(dòng)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(yùn)營(yíng)商的關(guān)注焦點(diǎn)。事實(shí)上,上一代蜂窩、WiFI和藍(lán)牙所能提供的頻譜資源全部加起來都遠(yuǎn)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(dòng)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(qiáng)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(duì)理論上有可能出現(xiàn)的各種應(yīng)用場(chǎng)景。
5G采用SA組網(wǎng)時(shí)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(diǎn),控制信令通過鏈路進(jìn)行傳輸。在SA 5G毫米波應(yīng)用場(chǎng)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(shí)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(diǎn)時(shí)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(dòng)設(shè)備來說,NSA對(duì)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(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)接入的重要技術(shù)。在部署毫米波時(shí),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(shì)和路線圖
關(guān)注5G開發(fā)的人可能會(huì)說5G開發(fā)已經(jīng)結(jié)束,而關(guān)注各大電信公司營(yíng)銷的人士可能也會(huì)說5G已經(jīng)到位了。實(shí)際上,這只說對(duì)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(guó)際電聯(lián)的時(shí)間表有時(shí)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(guó)際電聯(lián)和3GPP制定的5G時(shí)間表。來源:Netmanias
R16規(guī)范的制定周期為18個(gè)月,預(yù)計(jì)將于2019年底完成。5G的三個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)是更快的峰值速率(增強(qiáng)移動(dòng)寬帶,eMBB)、連接數(shù)密度(大規(guī)模機(jī)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(kuò)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(kuò)展,一些趨勢(shì)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(duì)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(duì)于V2X,針對(duì)側(cè)鏈路(PC5) 以及訪問網(wǎng)絡(luò)(Uu) 接口 的動(dòng)態(tài)支持提議進(jìn)一步的研究。正在為V2X 用例定義新的評(píng)估方法,包括車輛編隊(duì)、高級(jí)駕駛以 實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或全自動(dòng)駕駛以及遠(yuǎn)程駕駛。其他趨勢(shì)和開放研究項(xiàng)目包括未經(jīng)許可的接入(NR-U) ,增強(qiáng)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(jìn)行,肯定會(huì)出現(xiàn)其他應(yīng)用和研究項(xiàng)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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