從1G到5G，5次通信革命的時代演變

2019年被視為5G的開局之年，全球許多的運(yùn)營商都加快了對基礎(chǔ)設(shè)施的投資，以支持5G用例和服務(wù)，為用戶和企業(yè)提供了巨大的潛力。5G代表著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)角色的一個根本性的轉(zhuǎn)變，它由4G網(wǎng)絡(luò)演變而來，并提供了先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)，如提高數(shù)據(jù)速度、降低延遲和提高頻譜效率等。

電信運(yùn)營商可以利用5G的高性能，為其所有客戶提供傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)細(xì)分市場的新產(chǎn)品和解決方案，從而產(chǎn)生新的收入來源和利潤。然而，現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是為了提供和滿足語音、多媒體和數(shù)據(jù)的需求而設(shè)計的，復(fù)雜的接口和3GPP版本的升級已經(jīng)證明這是一個不夠靈活的平臺，了解網(wǎng)絡(luò)是如何發(fā)展的能夠幫助我們更好地規(guī)劃現(xiàn)在和未來。

從1G到5G的進(jìn)化史

第一代網(wǎng)絡(luò)(1G)引入了模擬移動語音服務(wù),通過授權(quán)頻譜(安裝基站，通過專用無線電頻譜為用戶提供移動網(wǎng)絡(luò)接入)和頻率復(fù)用(多個基站的實時連接能夠使用戶在移動時，語音通話不受干擾)建立了無縫無線連接。盡管1G具有革命性，但就頻譜效率而言，模擬傳輸?shù)娜萘坑邢蓿⑶沂褂媚M設(shè)備(大型，昂貴，低效能)的可擴(kuò)展性也有限。

接下來是GSM標(biāo)準(zhǔn)(2G)，它從模擬傳輸發(fā)展到數(shù)字傳輸，并使用TDMA方法實現(xiàn)了更多的容量，以及支持不同網(wǎng)絡(luò)之間的漫游。GSM提供了一個網(wǎng)絡(luò)平臺，支持新的移動服務(wù)(短信、彩信、圖片消息)，并通過數(shù)字編碼提高了語音質(zhì)量和清晰度。數(shù)字設(shè)備的可擴(kuò)展性得到了改善，因為它們比模擬設(shè)備更便宜、更輕(數(shù)字信號消耗的電池電量更少)。GPRS(2.5G)后來被引入支持分組交換技術(shù)，該技術(shù)最終以56kbit / s-144kbit / s的數(shù)據(jù)速率提供WAP、電子郵件和萬維網(wǎng)訪問等數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

在千禧年之后，我們看到移動數(shù)據(jù)服務(wù)(游戲，視頻會議，大型電子郵件，視頻)需求的增加，第三代(3G)網(wǎng)絡(luò)(實施UMTS)開創(chuàng)了傳輸速度為2Mbit / s的高速互聯(lián)網(wǎng)接入的新時代，用戶有了更高的容量和增強(qiáng)的移動寬帶體驗。隨著對更高網(wǎng)速需求的不斷增長，第四代(4G)網(wǎng)絡(luò)于2010年推出，旨在通過更高的數(shù)據(jù)容量提供更快更好的移動寬帶體驗。其優(yōu)勢只是提高了3G提供的帶寬和服務(wù)，同時通過降低網(wǎng)絡(luò)上每比特的成本來提高效率。4G的優(yōu)勢是通過實現(xiàn)OFDMA技術(shù)，支持寬信道并使用信號編碼和多路復(fù)用模式為用戶提供更高的數(shù)據(jù)速率(高達(dá)100 Mb / s)。4G與3G的關(guān)鍵區(qū)別在于實現(xiàn)了全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，放棄了線路交換基礎(chǔ)設(shè)施。語音服務(wù)與數(shù)據(jù)通過分組交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸(語音呼叫被IP電話取代，即VoLTE)。

5G的技術(shù)要求

我們正處于下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，到2019 - 2020年我們會開始看到5G的全球推廣，5G將對各種新的和創(chuàng)新的行業(yè)服務(wù)和應(yīng)用起到關(guān)鍵推動作用。然而，滿足新的通信解決方案需要滿足各種復(fù)雜的技術(shù)需求，與前幾代產(chǎn)品相比，審查5G的實際技術(shù)需求非常重要。

5G技術(shù)要求的“金三角”：低延遲，連接密度和吞吐量。

1. 低延遲

要達(dá)到低于10毫秒的延遲水平，將挑戰(zhàn)物理定律和網(wǎng)絡(luò)布局拓?fù)洹τ谛枰磿r和超可靠通信的業(yè)務(wù)用例(如遠(yuǎn)程外科手術(shù)和自動駕駛)，低延遲是一個基本的要求。

2. 高連接密度

說到連接密度，與4G相比，5G網(wǎng)絡(luò)每平方公里可提供多達(dá)一百萬個連接(支持與網(wǎng)絡(luò)的大量并發(fā)連接)，而4G網(wǎng)絡(luò)的典型連接密度為每平方公里2000個連接。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(即智能可穿戴技術(shù)、智能家居技、智慧城市、智能電網(wǎng))的普及，5G的高連接密度是使海量機(jī)器類通信(M-MTC)用例實現(xiàn)并滿足數(shù)字社會需求的一個重要能力。

3. 高吞吐量

從3G到4G的演進(jìn)中最大優(yōu)勢是更高的吞吐量，這也是推動5G發(fā)展的一個主要因素。5G的目標(biāo)是提供10 Gbps的吞吐量，使增強(qiáng)移動寬帶(eMBB)的使用案例得以實現(xiàn)，為VR，AR和UHD等新服務(wù)提供基礎(chǔ)設(shè)施平臺。

運(yùn)營商思維的轉(zhuǎn)變

1. 頻譜效率

運(yùn)營商必須采用某些行動，技術(shù)和商業(yè)模式，其中包括頻譜效率， 需要更大帶寬、更高頻率的頻譜，以提供支持大量連接設(shè)備所需的容量，并為同時連接的設(shè)備提供更高的速度。隨著運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)容量開始耗盡，提高頻譜效率勢在必行。5G將被引入更高頻段，許多運(yùn)營商預(yù)計將其5G系統(tǒng)部署在毫米波頻段。射頻(RF)頻譜是一種有限的自然資源，支持無線技術(shù)，系統(tǒng)和服務(wù)的不斷發(fā)展。隨著RF頻譜在高密度環(huán)境中的可用數(shù)量趨于飽和，必須考慮新的頻譜效率方法。MIMO技術(shù)使用多個天線同時傳輸載波信號，在相同的頻譜分配范圍內(nèi)執(zhí)行輸入和輸出功能。波束形成是一種將無線接口聚焦成波束用于定向信號傳輸和接收的技術(shù)，提高了RF頻譜的整體效率，最終可以改善用戶體驗。

2. NFV / SDN

運(yùn)營商還必須考慮他們的NFV / SDN策略以及如何將其納入其核心和BSS / OSS架構(gòu)中。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)是將物理網(wǎng)絡(luò)功能(PNF)向虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能(VNF)的遷移和應(yīng)用程序的云化。企業(yè)和電信運(yùn)營商必須其核心網(wǎng)絡(luò)功能(即EPC，IMS，HSS)轉(zhuǎn)換為虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，從而在基于云平臺的數(shù)據(jù)中心上部署服務(wù)應(yīng)用程序。軟件定義的網(wǎng)絡(luò)(SDN)是云架構(gòu)和NFV的基于負(fù)載和需求擴(kuò)展，從基于軟件的集中控制窗格執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)配置(即將額外的網(wǎng)絡(luò)容量引導(dǎo)到需要的地方，來維持?jǐn)?shù)據(jù)消費(fèi)高峰期間的客戶體驗的質(zhì)量)。

3. 網(wǎng)絡(luò)切片

“全云化”戰(zhàn)略將提供協(xié)調(diào)統(tǒng)一的體系架構(gòu)，該體系架構(gòu)可以在單一的基于軟件的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上提供更高的靈活性，能夠管理虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能的各種服務(wù)需求并支持彈性網(wǎng)絡(luò)。該功能由網(wǎng)絡(luò)切片提供，在共享物理基礎(chǔ)設(shè)施之上啟用專用和邏輯功能層(切片)的功能，提供跨多個域(訪問，傳輸，核心)的端到端虛擬網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片的彈性優(yōu)勢為電信運(yùn)營商提供了劃分網(wǎng)絡(luò)資源和托管多個不同用戶的機(jī)會，引入了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)/切片即服務(wù)(NSaaS)業(yè)務(wù)模式，該業(yè)務(wù)模式將提供定制的端到端無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，適應(yīng)和管理在單一共享的基礎(chǔ)設(shè)施上具有不同傳輸特性的5G應(yīng)用程序。

4. 邊緣計算

最后，我們必須考慮邊緣計算，這是一項與聯(lián)網(wǎng)汽車緊密相關(guān)的技術(shù)要求，因為它的功能是處理更接近移動網(wǎng)絡(luò)邊緣用戶的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡(luò)能夠為關(guān)鍵業(yè)務(wù)用例使用提供超低的延遲(即自動駕駛汽車)或增強(qiáng)的用戶體驗(即AR / VR)。

5G時代的真正贏家

5G不僅僅是簡單地為用戶提供更高的帶寬，它還將改變傳統(tǒng)通信服務(wù)提供商的工作方式，催生出更多的新生產(chǎn)業(yè)，只有快速接受這種改變，才能成為5G時代的真正贏家。