2019年5G意味著什么?

2019-08-05 來源:微波射頻網作者:MWRF小編 我要評論(0) 字號:

隨著5G商用牌照的發放,全球服務運營商已經開始部署5G服務,5G網絡即將在2019年實現商用。5G產業也從初期的設備研發向規模化生產及大批量現場部署以及廣泛的商業應用方面轉化。讓我們一來起看看,當前5G的現狀、即將到來的創新成果,以及一些有待解決的挑戰。

5G的當前現狀

每年都會有超過10萬人匯聚巴塞羅那,參加全球規模最大且最引人矚目的移動技術貿易展——世界移動通信大會(MWC)。通信領域的幾乎所有重要參與企業都會在大會上展示其最新原型、宣布最新產品發布和演示未來技術。MWC 2019的氛圍和創新成果與以往炒作和概念宣傳明顯不同。手機再次開始變異,被賦予了新的外形和功能。服務運營商、基礎設施制造商、設備制造商和半導體制造商都展示了他們的5G產品。測試與測量公司也展示了其最新設備如何幫助無線通信技術公司快速從原型過渡到產品。

圖1.折疊屏手機原型機

2019 5G從理論變為現實的元年

如果5G只是提高移動寬帶,僅在手機外形上進行創新,那么5G可能就名不副實了。但今年的技術只是一個開端。真正的創新在于依托5G逐步實現的所有新應用,尤其是5G超低延遲和毫米波應用。

新的增強現實和虛擬現實應用可能成為第一批使用5G的主要應用。更快的流媒體速率和更大的手機屏幕將給消費者帶來更加身臨其境的體驗。、固定無線接入也有可能改變消費者在家中接入互聯網的方式。而光纖到戶的成本非常高,而且會有很多麻煩。固定無線接入并非新技術,但相比現有的光纖接入技術,大規模MIMO和毫米波技術可為固定無線接入點提供千兆級吞吐量,并且在經濟性上更勝一籌。

雖然在MWC 2019上,關于V2X(車聯網)等復雜應用的展示并不是很多,但這些應用卻是行業領先企業和主要研究人員的重點研究對象。為了成功實現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系統組件開發新應用,但仍面臨很多困難,因為他們需要符合5G標準的硬件來執行一致性測試,而且可選擇的范圍非常有限。軟件無線電(SDR)已經改變了5G開發的方式,因為研究人員已經可以為大規模MIMO等復雜的新理念構建實時原型。未來它仍將是一種顛覆性技術——研究人員可以使用SDR開發完整的5G NR UE或gNB,因此在開發高級應用時,就無需過多依賴商業硬件,而且也加快了開發速度。

無線通信的應用正從電信領域擴展到人類生活的方方面面。如果說MWC2019是對今年后半年5G發展的預示,那么2019年就是5G從理論變為現實的元年。

5G 組網技術路線及趨勢

目前全球范圍內的5G組網部署已經開始,不同國家以及不同的運營商組網的方式也有所不同。3GPP制定的5G國際標準包含了非獨立組網(NSA)和獨立組網(SA)兩種模式。

NSA非獨立組網模式需要與現有的LTE網絡聯合組網,部署時間短前期成本較低,是當前全球主要運營企業選擇的組網模式。但NSA模式5G基站不能單獨工作,僅支持增強移動寬帶業務,不具備5G物聯網場景業務能力。導致5G 全能力網絡部署的推遲,例如因NSA 不支持網絡切片、虛擬化性價比低等,失去市場競爭的先發優勢。

SA獨立組網需要重新建設5G核心網和無線網,5G終端通過5G 基站接入5G 核心網絡進行通信,實現端到端的獨立組網。前期部署難度較大,成本較高。但SA 相比NSA 能提供更強的業務支持能力。支持增強寬帶移動、低時延、高可靠等全業務能力,是實現萬物互聯的基礎。但5G全新的核心網絡會給設備能力、網絡建設和運營管理等帶來一些挑戰。目前SA 設備成熟度比NSA 滯后6 個月。就5G網絡規劃而言,這兩種組網模式各有特點。

從全球范圍看,美國雖于2018 年最早宣布在部分城市啟動5G 商用,但因缺乏中頻段頻譜資源,采用毫米波頻段,難以實現大規模連續覆蓋,只能選擇非獨立組網模式,其用戶體驗類似于“4G+Wi-Fi”寬帶。但美國正在努力為5G 爭取中頻段資源,一旦獲得,不排除選擇獨立組網模式。

歐洲業務市場發展緩慢,運營企業資金困難,初期主要采用非獨立組網模式,以降低建網壓力。韓國和日本的業務應用市場活躍,但整體規模較小,難以獨自帶動全球產業,只能采取跟隨策略,初期選擇非獨立組網模式。
我國在國際標準組織和5G 研發中一直兼顧非獨立組網和獨立組網兩種模式,引導著獨立組網的技術和產業發展。中國電信、中國移動等企業明確表示會以獨立組網(SA)模式為主體開展5G網絡建設。中國將推進SA產業盡快成熟,加速支撐5G 獨立組網模式的產業快速成長。

5G的關鍵創新之一毫米波應用

到目前為止,毫米波的部署主要是為了實現固定無線接入,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之路的一個里程碑,但是毫米波無疑是5G生態系統實現轉型的必經之路。  

毫米波頻譜可為授權頻譜和非授權頻譜中的移動接入提供豐富的頻譜資源,因此始終是無線研究人員和5G生態系統運營商的關注焦點。事實上,上一代蜂窩、WiFI和藍牙所能提供的頻譜資源全部加起來都遠不如5G毫米波。在頻譜效率相近的情況下,頻譜資源越豐富,意味著數據速率越高,可容納的用戶數量也就越多。  

雖然毫米波頻段的5G移動接入提供了相當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的方向性,很容易被阻斷,造成鏈路中斷。3GPP在規范中有相當一部分介紹了波束管理和波束恢復的概念,以應對理論上有可能出現的各種應用場景。

5G采用SA組網時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,控制信令通過鏈路進行傳輸。在SA 5G毫米波應用場景中,控制信道可利用與數據相同的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,這時控制信令碰到的干擾和阻斷問題與數據面相同,因此需要通過波束管理和恢復來維持鏈路,但完成這些步驟需要花點時間,因此鏈路被中斷的可能性非常大。NSA可為控制面提供更穩定的鏈路,而且就移動設備來說,NSA對于gNodeB切換和小區選擇至關重要。由于在毫米波網絡中,基站部署非常密集,切換速率非常高,因此切換性能至關重要。

隨著通信行業朝著5G技術不斷努力,毫米波將作為實現5G移動接入的重要技術。在部署毫米波時,NSA和SA這兩種架構之間的選擇和權衡變得更加尖銳突出,甚至難以抉擇。

3GPP R16發展趨勢和路線圖

關注5G開發的人可能會說5G開發已經結束,而關注各大電信公司營銷的人士可能也會說5G已經到位了。實際上,這只說對了一部分。是的,3GPP R15已經正式凍結。此版本包含可視為“5G”標準的部分內容。 但5G開發尚未結束。R16(國際電聯的時間表有時稱為5G的“第2階段”)將包含R15 未涉及的許多用例和方案的標準化。

圖2:國際電聯和3GPP制定的5G時間表。來源:Netmanias

R16規范的制定周期為18個月,預計將于2019年底完成。5G的三個關鍵性能指標是更快的峰值速率(增強移動寬帶,eMBB)、連接數密度(大規模機器通信,mMTC) 和更低的延遲(超可靠低延遲通信,URLLC)。R15規范主要側重于eMBB用例。R16 則更側重于URLLC,旨在擴展5G支持的功能并提高現有功能的效率。

Release 16 的部分研究領域涉及功能擴展,一些趨勢正在出現。得到了越來越多的垂直行業的支持,如非地面傳輸網絡(NTN),車聯網(V2X),工業物聯網(IoT)。對于NTN,NR Release 15 將需要修 改以支持衛星通信,尤其是在毫米波頻帶。對于V2X,針對側鏈路(PC5) 以及訪問網絡(Uu) 接口 的動態支持提議進一步的研究。正在為V2X 用例定義新的評估方法,包括車輛編隊、高級駕駛以 實現半自動或全自動駕駛以及遠程駕駛。其他趨勢和開放研究項目包括未經許可的接入(NR-U) ,增強的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 的工作繼續進行,肯定會出現其他應用和研究項目。

隨著2020年的最終期限逐漸迫近,2019年無疑將成為決定5G技術創新和發展最關鍵的一年。

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第3版無線研究手冊:使用軟件無線電構建5G無線網絡和系統
5G 3GPP R16:研究項目和路線圖
5G 3GPP Release 15 概況
《NI趨勢展望報告2019》 反思大趨勢,制勝未來

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