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5G網絡技術淺析

來源:論文聯盟  作者:張銘 [字體: ]

5G網絡技術淺析

1 引言
  移動通信已經經歷了四代發展歷程,第五代移動通信系統(5G)將在大幅提升移動互聯網業務體驗的同時,全面支持物聯網業務,實現人與物、人與人和物與物之間的海量智能互聯。相比4G,5G在用戶體驗速率、連接數密度、移動性、流量密度、端到端時延、頻譜效率、能效、成本等方面的需求均有1~2個數量級的提升,難以在現有移動通信網絡體系架構下來實現。未來移動通信更高的帶寬、更小的蜂窩、更密集而靈活的無縫覆蓋需求將更依賴于可提供穩定大容量信道并具有靈活資源調配能力的光通信網絡[1]。5G時代的光網絡將面臨比以往更大的機遇和挑戰,光網絡和無線網絡也將最終走向融合和統一。
  2 5G前景展望
  3G和4G使人與人本文由論文聯盟http://www.kzpmxj.live收集整理相聯,而5G則會使萬物互聯。之前有相關公司數據顯示,到2020年聯網終端數量將達到250億到500億部。從我個人角度分析,我認為再用狹義的“用戶數”這一單一層級預測5G未來的發展也許已經不合時宜。未來,5G的“用戶”將更加廣泛,呈指數級增長——家居、汽車、生產線、機器人、無人機、農業基地、高速鐵路、城市等幾乎所有的一切都將聯網。5G時代,我們的生活將變得更不一樣,5G將支持的場景:車輛與其他終端間的通信;智慧城市;遠程監測、醫療和機器人;增強現實(AR)和虛擬現實(VR);新形態安全的超視距無人機操控等[2]。
  從本質來講,構建4G網絡的宗旨在于密切溝通各個群體,因此體現了人之間的互聯。相比來看,5G網可以做到連接萬物,體現了更高的互聯價值。截止到2020年,世界各地整體上可達250億左右的聯網終端。因此可見,如果把5G網絡單純局限于用戶數的層次上,那么很難符合新時期的網絡化形勢,對此亟待加以全面的改進。進入5G時代之后,網絡將會覆蓋于日常生活,具體涉及城市建設、高鐵建設、構建農業基地、無人機、生產線以及家居等多樣化的層面。
  進入5G的新時期后,民眾的日常生活將會體現為全方位的改進。這是由于,5G可以用來支持不同類型的終端通信,在此前提下構建了遠程監測與智慧城市,同時也連通了虛擬現實以及增強現實。通過運用全新的超視距手段,針對無人機就能實現實時性的操控。
  然而不應當忽視,相比于其他類型的連接技術,建立于5G前提下的網絡連接具備更高層次的復雜度。這是因為,5G在客觀上突顯了更強的適應性以及靈活性,針對各種類型的終端也體現了較強的差異性。目前的狀態下,微型傳感器、移動熱點以及智能手機都可以連接于網絡。此外,5G還能用來支撐規模較小的基站,因地制宜實現多樣化的場景部署。
  業界普遍的預測是,5G最早將在2019年實現部署,它將帶來超低延遲,數千兆的下載和上傳速率、擁有十年以上續航的更高效的機器通信、支持在多個頻段利用共享頻譜、能夠支持關鍵任務型服務(零容差率)的更可靠更安全網絡,以及應對數據和聯網終端激增的更廣覆蓋和更高效率。
  3 5G面臨的挑戰
  作為主要承載網絡的光傳送網,面對5G網絡的大帶寬和高容量、低時延、高可靠、靈活化和智能化等承載需求,結合光傳送網技術現狀及發展趨勢,其未來發展將面臨如下一些挑戰:
  第一,低時延和靈活化高性能方案選擇及實現端到端ms量級的超低時延是5G網絡典型的性能要求,而靈活化將是5G網絡面向用戶的基本屬性。為了適應5G網絡業務應用的靈活化,光傳送網需要提供承載帶寬的靈活化,需要采用譬如基于電層的帶寬調整(G.HAO、FlexO/E等)、基于光層的帶寬調整(靈活柵格、可調收發等)等來實現,但這些帶寬的靈活調整如何與5G業務的實際應用進行無縫的配合(同時也包括傳送網在前傳網絡、回傳網絡和核心網傳輸網絡之間的靈活化協同等),仍然面臨很多問題需要進一步研究。光傳送網長距離組網時主要時延由物理光纖鏈路帶來,而光纖鏈路時延長一般除了選擇更優的物理鏈路路由之外無其他技術解決方法,因此光傳送網降低時延的技術將主要聚焦于節點處理,其中最主要的是電層信號處理,譬如FEC和DSP處理技術等,由于這些技術的處理時延與傳輸性能成反比關系,如何在保證傳輸性能的同時進一步降低處理時延將面臨技術挑戰[3]。
  第二,光傳輸技術方案選擇及實現按照移動網絡的典型承載需求,傳送網絡主要由前傳網絡、回傳網絡和核心網傳輸網絡等組成。按照目前5G愿景的發展目標,無論是前傳,還是回傳和核心網傳輸,光傳送網均面臨技術方案選擇及實現的多樣化挑戰,尤其是5G網絡目前從整體上尚未對于端到端性能指標的劃分、無線網元前傳功能的分割等進一步明確。面向5G的光傳輸方案選擇及具體實現仍面臨巨大的挑戰性和不確定性。尤其是前傳網絡更為明顯,典型如超大容量和高密集的無線接入已經使得前傳網絡的光纖直驅模式在5G網絡中無法普遍應用[4]。選擇何種滿足前傳性能和功能要求的傳輸技術、無線前傳網元之間的有線接口制式等仍需進一步研究。

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