5G面臨的挑戰(zhàn)及可持續(xù)性發(fā)展

5G面臨的挑戰(zhàn)及可持續(xù)性發(fā)展

摘要：5G將成為面向2020年及以后人類信息社會需求的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)，它是一個(gè)多業(yè)務(wù)、多技術(shù)相融合的網(wǎng)絡(luò)，通過技術(shù)的演進(jìn)和創(chuàng)新，滿足未來各種業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的需求，進(jìn)而提升用戶體驗(yàn)。隨著無線移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬及性能的提升，面向個(gè)人及行業(yè)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)快速發(fā)展，移動(dòng)通信相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈將發(fā)生重大變化。本文從業(yè)務(wù)、場景和性能等方面逐步分析5G未來所面臨的挑戰(zhàn)，并通過解決如何提升5G系統(tǒng)能力，來實(shí)現(xiàn)未來5G的可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞：5G，挑戰(zhàn)，OTT，物聯(lián)網(wǎng)，可持續(xù)性發(fā)展一、概述移動(dòng)通信已經(jīng)大大提升了人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量，但人們對更高性能移動(dòng)通信的追求卻從未停止。為了應(yīng)對未來爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和新場景，第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）應(yīng)運(yùn)而生。5G將會滲透到未來社會的各個(gè)領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G將使信息突破時(shí)空界限，提供極優(yōu)的交互體驗(yàn)，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴；5G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實(shí)現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。二、5G面臨的挑戰(zhàn)2.1業(yè)務(wù)和用戶挑戰(zhàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)主要面向以人為主體的通信，注重提供更優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)。面向2020年及未來，3D、超高清和浸入式視頻的流行將會促使數(shù)據(jù)速率大幅度提高。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云桌面、在線游戲等業(yè)務(wù)，不僅對上下行數(shù)據(jù)傳輸速率提出挑戰(zhàn)，同時(shí)也對時(shí)延提出了更為苛刻的要求。未來大量的個(gè)人和辦公數(shù)據(jù)將會儲存在云端，海量實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互需要光纖的傳輸速率，并且會在熱點(diǎn)區(qū)域?qū)σ苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)造成較大流量壓力。社交網(wǎng)絡(luò)等OTT（Over-The-Top）業(yè)務(wù)將會成為未來主導(dǎo)應(yīng)用之一，小數(shù)據(jù)包頻發(fā)將造成信令資源的大量消耗。未來人們對各種應(yīng)用場景下的通信體驗(yàn)要求越來越高，用戶希望能在超密集場景及高速移動(dòng)環(huán)境下也能獲得極優(yōu)的交互體驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)主要面向物與物、人與物的通信，不僅涉及普通個(gè)人用戶，也包含了大量不同類型的行業(yè)用戶。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)類型極其多樣化，業(yè)務(wù)特征也相差巨大。對于智能家居、環(huán)境監(jiān)測和智能抄表等業(yè)務(wù)，需要網(wǎng)絡(luò)支持海量設(shè)備連接和大量小數(shù)據(jù)包頻發(fā)；視頻監(jiān)控和移動(dòng)醫(yī)療等業(yè)務(wù)對傳輸速率提出了非常高的要求；車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等業(yè)務(wù)則要求毫秒級的時(shí)延和接近100%的可靠性。另外，大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會部署在山區(qū)、森林、水域等偏遠(yuǎn)地區(qū)以及地下室、隧道等信號難以到達(dá)的區(qū)域，因此要求移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力進(jìn)一步加強(qiáng)。為了滲透到更多的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，5G應(yīng)具備更強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)海量的設(shè)備連接和多樣化的用戶需求。無論是對于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)還是物聯(lián)網(wǎng)，用戶在不斷追求高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗(yàn)的同時(shí)也在期望成本的降低。同時(shí)，5G需要提供更高和更多層次的安全機(jī)制，不僅能夠滿足互聯(lián)網(wǎng)金融、安防監(jiān)控、移動(dòng)醫(yī)療等業(yè)務(wù)的極高安全要求，也能夠?yàn)榇罅康统杀疚锫?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供安全解決方案。此外，5G應(yīng)能夠支持更低功耗，以實(shí)現(xiàn)更加綠色環(huán)保的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，大幅提升終端電池續(xù)航時(shí)間。2.2應(yīng)用場景及性能挑戰(zhàn)5G典型場景涉及未來人們居住、工作、休閑和交通等各種領(lǐng)域，特別是密集住宅區(qū)、辦公室、體育場、露天集會、地鐵、快速路和高鐵等場景。這些場景具有超高流量密度、超高連接數(shù)密度、超高移動(dòng)性等特點(diǎn)，可能會對5G系統(tǒng)形成挑戰(zhàn)。在這些場景中，考慮增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、車聯(lián)網(wǎng)、云存儲、智能家居、OTT消息等5G典型業(yè)務(wù)，并結(jié)合各場景未來可能的用戶分布、各類業(yè)務(wù)占比及對速率、時(shí)延等的要求，可以得到各個(gè)應(yīng)用場景下的5G性能需求。5G關(guān)鍵性能指標(biāo)主要包括用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、端到端時(shí)延、流量密度、移動(dòng)性和用戶峰值速率。三、可持續(xù)性發(fā)展目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)對移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)爆炸式發(fā)展時(shí)，可能會面臨以下問題：每比特綜合成本、能耗、部署和維護(hù)的復(fù)雜度，難以高效應(yīng)對未來千倍業(yè)務(wù)流量增長和海量設(shè)備連接；多制式網(wǎng)絡(luò)共存造成了復(fù)雜度的增長和用戶體驗(yàn)下降；現(xiàn)網(wǎng)在精確監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)資源和有效感知業(yè)務(wù)特性方面的能力不足，無法智能地滿足未來用戶和業(yè)務(wù)需求多樣化的趨勢；此外，無線頻譜從低頻到高頻跨度很大，且分布碎片化，干擾復(fù)雜，應(yīng)對這些問題，需要從以下兩方面提升5G系統(tǒng)能力，來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。3.1網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和部署方面5G需要提供更高網(wǎng)絡(luò)容量和更好覆蓋，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)部署、尤其是超密集網(wǎng)絡(luò)部署的復(fù)雜度和成本；5G需要具備靈活且可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以適應(yīng)業(yè)務(wù)和用戶的多樣化需求；5G需要靈活高效地利用各類頻譜，包括對稱和非對稱頻段、重用頻譜和新頻譜、低頻段和高頻段、授權(quán)和非授權(quán)頻段等；另外5G需要具備更強(qiáng)的設(shè)備連接能力來應(yīng)對海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入。3.2運(yùn)營維護(hù)方面5G需要改善網(wǎng)絡(luò)能效和比特運(yùn)維成本，以應(yīng)對未來數(shù)據(jù)迅速增長和各類業(yè)務(wù)應(yīng)用的多樣化需求；5G需要降低多制式共存、網(wǎng)絡(luò)升級以及新功能引入等帶來的復(fù)雜度，以提升用戶體驗(yàn)；5G需要支持網(wǎng)絡(luò)對用戶行為和業(yè)務(wù)內(nèi)容的智能感知并作出智能優(yōu)化；同時(shí)，5G需要能提供多樣化的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案，以滿足各類移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及業(yè)務(wù)的需求。四、結(jié)束語5G將以可持續(xù)性發(fā)展的方式，滿足未來超千倍的移動(dòng)數(shù)據(jù)增長需要，將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)和超強(qiáng)移動(dòng)性等多場景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時(shí)將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和比特成本降低，并最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的5G愿景。參考文獻(xiàn)：[1]3GPPTR22.838V14.0.0，PagingpolicyenhancementsandprocedureoptimizationsinLTE（Release14）[S].[2]董愛先，王學(xué)軍.第5代移動(dòng)通信技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].通信技術(shù).2014，47，3：235-240.[3]黃韜等.未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究綜述[J].通信學(xué)報(bào)，2014，35（8）：184-197.[4]秦飛，康紹麗.融合、演進(jìn)與創(chuàng)新的5G技術(shù)路線[J].電信網(wǎng)技術(shù).2013，9：11-15[5]張琛.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信技術(shù)研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2014[6]尤肖虎，潘志文，高西奇，曹淑敏，鄔賀銓.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國科學(xué)