第2个回答 2019-09-06
LTE 和 LTE Advanced（第 4 代蜂窝系统）的部署方兴未艾，下一代 5G 研发已经悄然开始。本文将阐述激励移动和固网通信系统持续发展的需求，介绍推动 5G 从理论到实践演进的主要参与者以及最新成果。
使用移动设备工作和娱乐时，我们希望获得流化数据业务，并且数据内容和格式能够契合不同尺寸的设备显示屏 — 从智能手机到礼堂大屏幕，确保灵活且一致的用户体验。我们已适应了 24 小时始终在线的新时代社交媒体生活。我们渴望与朋友、同事、客户甚至陌生人随时随地分享生活和工作的方方面面 — 照片、视频、数据等等。
满足高速互连的需求是第五代或 5G 网络的标签。保证 24 小时不间断的在线分享需要我们坚持当前的道路：拓展语音和数据业务，实现“随时随地始终互连”的未来目标。
目前，无线数据需求的爆发式增长仍未停步，分析家预测 2020 年无线设备将增加到 200 到 500 亿台：从每天数据传输量仅数字节的 M2M 设备到播放多个高清视频频道的应用。研究表明，要满足未来用户需求，网络运营商需要具有“无限”容量的基础设施，以确保在所有条件下满足客户需求，包括体育赛事和演唱会现场等用户密度极高的场景。
数据业务具有非连续性的特点。与基于电路的业务不同，分组传输支持更多用户共享相同的资源，但也会导致复杂的数据路由问题。固网基础设施已经使用近乎无限的光纤网络取代铜线，分组传输开销尚未成为问题。
目前个体用户可以通过三类机制满足一般使用需求：使用现有有线电视基础设施的电缆数据业务接口规范（DOCSIS）调制解调器，使用固定电话网络的非对称数字用户线路（ADSL）调制解调器以及支持更高信元密度的第三代和第四代蜂窝网络（也称为“移动宽带”）。
移动网络技术和系统规范的持续演进已经显著提升了信元容量，并改善了单用户的数据速率。数据速率的提升源于计算能力和调制密度的改善，而这些改善是元器件尤其是数字接收机性能改进的结果。随着最新移动网络规范的出台，移动网络正在向 EPC（Evolved Packet Core）演进。EPC（分组核心演进）是一种简化的全分组网络架构，它不仅可以改进数据吞吐量和时延，还能够提高移动网络空中接口与网络回程和固网架构的匹配度。伴随光纤的日益普及，固定网络可以提供更高的速度，满足数据密集型业务的要求。铜线网络已成为“明日黄花”，而不是到达最终目标的手段，因为光纤街道甚至光纤入户网络可以提供高清视频流化和类似业务需要的高速宽带互连基础设施。
持续的改进和要求的提升形成了一个“无限循环”：网络运营商持续扩展数据容量，复杂且需要出色数据速率支持的智能手机和平板电脑应用不断涌现，终端用户的要求益发严苛。用户提出了“无缝连接”的最新要求，希望哪个在不同设备之间转移同一应用：例如，在平板电脑、智能手机和家庭娱乐中心之间自由切换，且无需中断。自由切换需要实现覆盖多个网络（WiFi 热点、蜂窝网络和固网）的内容访问并控制能力。（这不仅仅是技术问题：相关计费需要一揽子漫游协议。）
下一步
然而，我们必须面对的一个问题是：无线频谱是有限的，从长远考虑，这也就意味着只有移动通信才必须采取无线连接方式。由于大多数业务交付必须通过固定（光纤）网络来路由，以便尽量靠近消费点，使频率能够得到复用。我们还看到，通过互联网交付的电视和无线广播业务正在增加，与地面或卫星广播相比，它可以选择的材料和时间设置都更多。在移动网络中，目前的 WiFi 流量卸载将成为未来的新常态，从而腾出蜂窝系统的容量来为移动用户提供最完善的服务。
在移动领域，容量的增加基本上来自三个方面：通过逐步缩减信元的大小，获得更多的频谱、更高的效率和更出色的频率复用。建设中的第四代网络使用了比以往更多的频段，并且可以应用更宽的信道带宽。EPC 的实施就是因为意识到信令会吸收（限制）网络容量，因此采用 EPC 的方法来限制无线网络分组传输的开销。据预测，移动数据消耗量将在未来五年内逐年双倍增长。为了紧跟这个趋势，网络运营商将继续致力于满足用户长期需求，并且不会增加频谱量。他们的首要任务是释放其他系统正在使用的频段。
在第五代移动网络“5G”研究项目中，2020 年的技术愿景就是实现真正意义上的“随时随地万物接入”。根据愿景，未来设备将能在几百 MHz 至某些情况下的 80 GHz 频率范围内工作。并且，室内信元仅占用一个单间的空间。它利用皮蜂窝和飞蜂窝来实现射频频段最大程度的频率复用。ITU 已发布的 4G 标准预计单用户数据速率达到 1 Gbps。但 5G 的目标不能仅限于进一步提升这种速率，而是要通过大容量网络向规模更大的用户群提供这种速率；换言之，就是为更多的并发用户提供更高的聚合容量。目前任何研究都未涉及“万物接入”核心网络的具体细节，但都预测上文提到的无缝连接已成定局。
关于下一代蜂窝技术的调查，主要侧重于在新的毫米波频谱中添加由小信元组成的密集网络，以满足这一需求。这种网络的调制带宽可以达到几 GHz。由于这种综合网络的特性与现有蜂窝系统“传统的”1 至 3 GHz 射频频率和 10 至 20 MHz 带宽差别很大，所以许多大学和网络设备制造商的研发部门考察了候选的网络拓扑和相应的信号传输特性，并对 28 GHz 至 E 频段（60 至 90 GHz）下限的频率进行了多方面的调查。他们还考察了多个空间流（MIMO）和波束赋形（将资源导向特殊的设备）的效果。这两种技术都需要一系列发射天线和接收天线。此外，全球许多政府组织和准政府组织都希望利用全球的资源建设下一代网络基础设施。
最新的 5G 研究预先设想了 5G 网络所需具备的关键网络属性：集成化的有线/无线网络。其中，无线网络包括由多个小信元组成的密集网络，网络容量经由高阶（“大规模”）多路复用（MIMO）增强，它具有 10 GB/s 级别的信元数据速率和 1 ms 往返时延。大多数研究假定了采用多个空中接口，设备可在微波或毫米波频率上工作。组合网络凭借上述属性将为全球移动通信设备提供支持，包括简单的机对机（M2M）设备和沉浸式虚拟现实数据流，并能满足物联网提出的海量数据收集与分配需求。鉴于大规模基础设施的成本极高，单个运营商独立投资的现象并不多见；预计在今后业内很有可能实现资源共享和联合管理。
某些研究还重点关注新型移动设备所使用的电池技术的进步，这些移动设备包括长年使用电池供电的简易传感器，以及始终联网、每隔几天就要充电的智能手机和平板电脑。
所有研究成果都将为 5G 标准的制定提供依据。5G 标准将于 2015/16 年左右正式开始制定。5G 标准化正式流程应当在 ITU-R WRC-15 会议上启动。国际电信联盟（ITU）每三到四年召开一次国际会议 — 世界无线电通信大会（WRC），与会者共聚一堂商讨无线电频率问题，包括移动网络的标准。下次 WRC 会议计划于 2015 年在日内瓦举行。5G 标准将是各国代表商讨的议题之一。