5G技術構成：透過eMBB、mMTC、uRLLC三大應用場景從通信技術根源出發(fā)
2018-01-03 13:58:13 來源：聯(lián)動原素 熱度:
導語：5G未來就在眼前，由于5G技術的三大場景應用性上相比于前幾代無線通信技術的巨大提升，它必將帶來一些我們目前甚至無法想象出的應用。此番，我們從技術角度上來看看5G技術是如何得以實現的，也為你埋下一顆在5G應用上的種子。
現代無線通信技術的演進幾乎10年就是一個時代，從上世紀90年代的2G，直至觸手可及的5G?？梢哉f，無線通信技術是真正能夠最迅速普惠全民眾的事業(yè)，它所帶來的便利性，應用性起到著推進時代進程的作用，我覺得這是通信人所值得驕傲的。
最新的5G無線通信技術會帶來什么樣的變化，ITU從eMBB（增強型移動寬帶）、mMTC(海量機器類通信)、uRLLC（超可靠、低時延通信）的三大應用場景上做出了一定規(guī)劃。那么5G技術到底又有什么不同呢？我們從其根源上出發(fā)從技術角度來看看它的演進過程。
首先從香農公式說起，：C＝B log2(1+S/N)。C是最大傳輸速率；B為頻譜帶寬；S為信號功率；N則是噪聲功率。此公式為通信領域理論之基。
首先很明顯，在直觀角度上，為了提高傳輸速率最直接的做法就是提高頻譜帶寬。
為了提高頻譜帶寬，總的來說分為三類方法。其一，提高頻譜范圍，由C= λV，為了提高頻率，那么所需波長就越小。也就誕生了5G的關鍵技術之一：毫米波（mmWave）。其二，提高頻譜利用率，那么這就涉及到了大幅提高頻譜效率的Massive MIMO，以及（調制技術）正交頻分復用技術OFDM（以及F-OFDM等）和可以實現頻譜效率3倍提升空分多址技術SCMA。其三，為了提高在傳輸過程中的效率，空間利用率和抗干擾性、減低能耗，便有了CCFD(同時同頻全雙共)、3D波束賦形（對射頻信號相位的控制，使得電磁波精準的指向所需服務的移動終端）和D2D（同基站下終端與終端可直接通信，無需經過基站）。
在實現了這些技術的前提下，三大應用場景基本就得到了解決，當然這不是最終的。在有了這些技術的情況下，為了提高其可靠性，更低時延等，還有別的工作要做。
首先，傳統(tǒng)運營商基站的建設成本是比較高的，而5G由于其多需要采用高頻段，那么它的覆蓋范圍勢必將縮小，那么（宏）基站的建設成本無疑會成為一個很大的問題，（這也正是當初運營商搶低頻而段而搶的頭破血流的原因）因而提出了UDN（超密集組網）、UCNC（虛擬化小區(qū)和CloudRAN）等的建設方案，其做法之一就是建設微基站。（PS:據了解近兩年微基站的建設成本控制在五千元以內）同時，由于SDR技術的發(fā)展，微基站建設的長期投入成本將會更低——頻帶、空中接口協(xié)議和功能都可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。
除此之外，5G技術其實不單單指高頻段的應用上，它將涵蓋，或者說覆蓋此前的網絡頻段應用，使得5G網成為一個巨大的混合網，因而有5G物聯(lián)網之說。由此，端對端網絡切片技術的應用也將成為解決大規(guī)模連接節(jié)點的一個重要方式，這會更好地解決5G在物聯(lián)網中一些對連接要求不那么極端的設備連接上。
說完這些提高物理性技術的方案，我們再來談談從計算機技術上的方案。編碼方案一定程度上在傳輸“源頭”決定了傳輸的速率與時延，此前的4G網絡上，不論信道控制還是數據控制都采用的是LDPC，而在去年底，3GPP確定了由華為中國公司主推的的極化碼（Polar）方案作為5G eMBB場景的控制信道編碼方案，雖然數據信道上憾負LDPC幾票。
至此，我們從通信技術的根源上對5G所采用的主要新興技術做了一個簡單的系統(tǒng)性總結，當然，5G中的新技術還很多，我也只是從旁觀者的角度去少部分的了解了這么一些。（如有意見，請評論補充）再者，5G雖在眼前，但它仍然還處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，也勢必會出現更多更好地促使其成熟、加快落地的新技術。
以下部分則是一段簡單的無線通信技術演進史。
追溯到由無線電報而衍生的模擬移動通信系統(tǒng)，它以模擬電路單元為基本模塊實現語音通信，并創(chuàng)新式地采用了蜂窩結構，可重復利用頻帶，實現大區(qū)域覆蓋和移動環(huán)境下的不間斷通信。但它的不足之處也很明顯：頻譜利用率低，容量節(jié)點有限；保真性較差，安全隱患大；制式太多，兼容性差；無法提供非語音數據業(yè)務。
相比于1G，2G時代由ETSI制定的GSM可謂是三朝元老，自90年商用沿用至今，統(tǒng)治了一代人的記憶。除此之外，高通基于擴頻技術推廣的CDMA也是我國聯(lián)通早期的主要通信技術標準。2G時代我們主要應用的就是基于GSM演進的GPRS了，基于此誕生的WAP可以算是移動互聯(lián)網的階段性產物。但是很明顯，其仍舊無法解決頻譜資源緊張的問題。
直至3G的出現，日、歐提出了WCDMA，能夠直接架設在GSM網絡基礎之上，能夠輕易度過通信技術的迭代，降低基站建設的成本；高通則提出了CDMA2000，這套系統(tǒng)從窄頻CDMA1X衍生而來，可從原有CDMA 1X結構直接升級3G，建設成本低廉。同時這套系統(tǒng)也成了高通的搖錢樹之一，從運營商處收取5%的專利費用，這也為日后我國和歐洲共同研發(fā)LTE埋下了伏筆。1998年，我國也提出了TD-SCDMA，采用了智能無線，同步CDMA和軟件無線電等當今國際領先技術，其在頻譜利用、業(yè)務支持靈活性上都有獨特優(yōu)勢。
4G時代的到來，是比較快的。很多人都感覺3G還沒用熱呢，運營商已經在短信通知換取4G卡了。4G的演進過程中OFDM有著關鍵性作用，而無論WCDMA還是TD-SCDMA都可以很快速的直接演進到LTE，相比于此前的通信技術無疑4G的優(yōu)勢是巨大的，通信速度上的躍升已可匹及家庭寬帶，因而實現了更高質量的多媒體通信業(yè)務，同時4G的發(fā)展也為現今智能手機、移動互聯(lián)網的發(fā)展和普及做出了巨大貢獻。
而講到LTE就不得不說說FDD與TDD的差別了，如果將頻譜比作一條高速公路，那么FDD就是采用雙車道制式，可同步進行數據的上傳和下載；而TDD則是一條根據時間變換的單行道，將時間分成無數幀，在幀與幀之間實行變換。
5G以前的通信演進史就到此劃一段落了，而5G的演進正在進行之中，我們會共同持續(xù)關注它給物聯(lián)網，給整個時代所帶來的影響。
責任編輯：黃焱林
