5G网络发展浅析

郭九鹭

(河南高速公路发展有限责任公司，河南 郑州 450000)

一、5G简介

5G，顾名思义是第五代通信技术，3GPP定义了5G三大场景：增强型移动宽带(eMBB，Enhance Mobile Broadband);海量物联网通信(mMTC，Massive Machine Type Communication)以及低时延、高可靠通信(uRLLC，Ultra Reliable &Low Latency Communication)。

(一)eMBB：按照计划能够在人口密集区为用户提供1Gbps用户体验速率和10Gbps峰值速率，在流量热点区域，可实现每平方公里数十Tbps的流量密度。

2016年底，在3GPP 第87次会议关于5G短码方案的讨论中，华为Polar Code(极化码)成为5G控制信道eMBB场景编码方案。Polar Code是人类已知的第一种能够被严格证明达到香农极限的信道编码方法，纠错性能超过目前广泛使用的Turbo码(法国主推)和LDPC码(美国高通主推)，最终成为信道控制编码方案。华为与澳大利亚运营商Optus合作完成了5G网络测试，使用73GHz超高频段实现了高达35Gbps的传输速率。数据信道的上行和下行短码方案依然是LDPC码。

(二)mMTC(海量物联网)：不仅能够将医疗仪器、家用电器和手持通讯终端等全部连接在一起，还能面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，并提供具备超千亿网络连接的支持能力，也就是实现万物互联。

物联网和智慧城市领域中，有大量的公共设施计量需求，比如水表、电表和公共环境信息监测等，都通过各种传感器采集环境信息数据。因为测量的特殊性，这些传感器往往成本很低，可能一周甚至一个月才连1次网，部署以后多年都不需要替换，甚至需要部署在地下或相对封闭的室内环境中，无线信号很容易衰落，这要求物联网的连接非常节能，而且有非常深度的覆盖。所以，在海量物联网方面，5G也支持更多的物联网设备，以更低的功耗接入网络，甚至可以实现100万个终端同时连网，而联网终端的电池续航，也可以长达5至10年。

(三)uRLLC：主要面向智能无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务，能够为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

低时延、高可靠一个典型的例子是自动驾驶汽车，过去的自动驾驶，更多是通过汽车自身的传感器，感知周围信息并做出判断，但这些传感器却都有自身的极限和限制。2016年5月份，美国一辆特斯拉汽车与拖车相撞的事故，正是这样的一个惨痛案例。

目前，高通等厂商在推动的未来无人驾驶技术，既有汽车自身的信息采集，也有汽车与汽车，乃至汽车与云端网络的实时通信交流，从而对汽车的无人驾驶进行计算、判断和实时调整，从而更加安全。

5G，将实现更大的带宽，更低的时延，以及更多的网络连接。

二、5G网络规划时间表

工信部主导的5G移动组网在我国已进入第二阶段，中国移动已在北京、上海、广州开始5G场外测试，形成预商用样机；在北京怀柔也推进了全球最大的5G试验网。移动通信进化符合摩尔定律，高速发展。

(一)移动通信组网回顾

移动：2G：GSM 3G：TD-SCDMA 4G：TD-LTE

联通：2G：GSM 3G：WCDMA 4G：FDD-LTE FDD-LTE

电信：2G：CDMA 3G：CDMA2000 4G：TD-LTE FDD-LTE

TD-LTE-----TD组网107，占比17%，TD终端使用量51%

FDD-LTE------FDD组网507，占比83%FDD终端使用量49%

(二)5G标准推进图

2017---非独立组网新空口标准将与2017年底完成，满足美日韩激进运营商需求

2018---第一个标准版本将于2018年6月完成，满足2020年5G商用需求

2019---完整版本会在2019年9月完成，满足ITU全部需求

2020---实现5G网络的商用

(三)5G速率

在2016月初，中国移动在苏州举行首批5G试验网外场测试正式启动。通过现场实际测试，中国移动表示：目前5G网络的平均速率可达10Gbps。

华为与中国移动研究院、上海移动联合构建5G关键技术验证外场，根据实验室摸底测试结果表明，单用户在高低频双连接模式下的单用户峰值速率可达到18Gbps。

5G应用举例一：

连接随处可及：人、物体、地点都将接入网络。(海量链接)

低功耗大连接物联网：支持100万链接/平方KM，终端待机时间超10年。

车联网：车与邻车、车与道路基础设施(红绿灯、道路两旁的专用通信设备)进行互联，提高道路环境感知能力。相比雷达、视频识别的优势：超视距车辆信息，道路基础设施等实时状态信息。应用：主动行车安全，提高交通运输效率、自动驾驶

5G应用举例二：

终端形态各异：汽车、飞机、加电、建筑、电表、窨井盖等都将成为终端(海量终端)

汽车由机器变为电子产品，产业由制造业变为信息产业，无人机编队作战，

快递也由劳动密集型变为资金密集型，

5G应用举例三：

生活方式改变：可穿戴、远程医疗、自动驾驶、智能家居、远程办公，智能生活。

VR虚拟现实/AR增强现实：VR/AR对宽带的最低要求是200Mbps,对多人交互要求的带宽是Gbps VR体验，时间长了眩晕。

三、窄带物联网NB-IOT

NB-IoT：Narrow Band Internet of Things 成为万物互联网络的一个重要分支；NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点

(一)5G与NB-IOT

5G技术带来的绝不仅仅是更快的网速，而是将万物智能互联成为可能NB-IoT是5G商用的前奏和基础，NB-IoT的演进更加重要，例如支持组播、连续移动性、新的功率等级等等，只要NB-IOT等基础建设完整，5G才有可能真正实现。NB-IoT技术为物联网领域的创新应用带来勃勃生机，给远程抄表、安防报警、智慧井盖、智慧路灯等诸多领域带来的创新突破。

(二)NB-IOT特点

广覆盖：将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；

具备支撑海量连接的能力：NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构

更低功耗：NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元

NB-IoT最大的特点，是传输距离达到10km，可以覆盖一个小县城。而且可以带无数终端，一个基站可以带20多万个终端。这意味着，管理一个井盖、停车收费，都变得轻松，而且便宜。即使是200万元建立一个基站，方圆10km都可以进行管理

(三)NB-IOT与ROLA

LoRa与NB-IoT是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术；NBIoT应用在授权频道，主要部署在运营商移动网络。LoRa频段无需授权，使用免费，主要应用在企业专网场景；LoRa无需授权使用，又可以方便各类系统集成商开发定制；例如，高速隧道流量监测装置，只需接入电源，而不再需要铺设光纤或网线

四、WLAN组网模式

(一)分布式的无线网络

1.软件更新。软件更新，手工逐台进行更新升级，通过Console线或者网络的方式，同质性的重复化明显；由于软件功能日趋丰富导致软件更新包大，传输缓慢、耗时长

2.配置下发。根据每个无线信号发射点的功率覆盖范围，频段干扰，射频卡属性，关联的速率，信道规划需要人工维护一张无线信息点的表格，管理紊乱繁琐。

3.无线网优。对无线接入点智能频制式设置，对干扰强的弱接入点，邻居AP补齐，智能信道分布，限制低功率站点接入，限制单AP下携带的客户端数量

(二)集中式无线网络

发现加入：AP广播等方式获取到AC的IP地址，AP发现AC，请求加入

自动升级：镜像数据同步，通过比对智能升级软体版本

配置下发：通过获取到的AP接入点信息分布位置，将预先配置的脚本下发到指定的无线接入点

配置确认：AP配置确认，AC无线控制器的下发配置内容进行确认和识别，数据的检查。

数据保活：通过CAPWAP隧道转发数据，互通消息。获取到接入终端的信息和负荷量

(三)集中式无线网络的特征

1.集中控制。通过无线控制器来统一管理和配置分布式的无线接入点

2.标准协议。采取标准的网络协议CAPWAP来进行控制器与无线接入点的交互，实现设备同质化

3.软硬分离。一定程度上说明了软件与硬件的分离，通过软硬分离无线控制器集中对设备镜像发布

五、5G技术应用展望

5G时代有三个特点：一是传输快，瞬间可以下载一部高清电影；二是应用广，可以把所有开通网络终端的产品联接到一起，实现万物互联；三是效率高，容量大、传输快、运用广的特点，让物联网瞬间就可以完成任务匹配，是人类工作效率的千倍、万倍。在信息时代发现即摧毁的战争中，5G是国家信息强国战略依赖的新技术。

商业模式的变革比技术更具挑战性。随着网络架构不断演进创新，网络变得空前灵活和复杂，5G还面临很多挑战，这场跨行业革命尚需协同磨合。5G不仅是通信技术的演进，更是一场从智能设备、无线技术、接入网、核心网到云端的跨行业革命。从5G标准冻结到预商用，还有更艰巨的任务在等着我们。

“技术本身不是驱动5G发展的原动力，需求才是，但商业模式的变革往往比技术本身更具挑战性。5G若想兑现预期与承诺，需要5G产业链各方共同努力，在包括合作方式、业务开展方式、服务提供方式、营收方式等众多层面做出改变。5G未来的商业发展，一定是基于对用户有价值需求的探索，和在产业链间的协同、融合中不断实现不同商业模式的磨合。这就要求全产业链厂商寻找新的角色定位，在博弈和协同中逐渐形成新的合作关系并不断调整。5G绝非单纯的技术演进，而是通信、计算融合之后，再与垂直行业结合的重大变革，并将彻底革新无人驾驶、数字医疗、VR、智能城市，智能家居等众多垂直应用，引爆全新的应用场景和商业模式，带来经济增长的乘法效应。

举例来说，自动驾驶被认为是目前最典型的5G应用场景之一，很多人认为它将成为促使5G大规模落地的“杀手级应用”，但杀手级应用”最关键的贡献是给了产业界和消费者一个清晰的出发点，而非终点，当计算和通信的融合达到一定程度后，在5G业务和应用的推进过程中，它自然而然会出现。