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5G不僅僅只是網(wǎng)速更快，更多的是生活方式的顛覆，對各行各業(yè)都會起到催化作用。5G里不僅僅只有大帶寬，而是會有很多與B端用戶(企業(yè))相結(jié)合的點(diǎn)。接下來，跟阿里大文娛的梓爍一起了解5G的關(guān)鍵技術(shù)。

1. 5G的關(guān)鍵技術(shù)

5G的核心技術(shù)點(diǎn)挺多，包含了很多技術(shù)集。稍微了解過5G的同學(xué)應(yīng)該知道5G其實(shí)已經(jīng)定義了三大場景：

• eMBB：增強(qiáng)移動寬帶，顧名思義是針對的是大流量移動寬帶業(yè)務(wù);
• URLLC：超高可靠超低時延通信(3G響應(yīng)為500ms，4G為50ms，5G要求1ms)，這些在自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面會有所使用;
• mMTC：大連接物聯(lián)網(wǎng)，針對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

1.1 eMBB

4G已經(jīng)那么快了，那么5G里面是怎么樣繼續(xù)提升容量的呢?

容量=帶寬*頻譜效率*小區(qū)數(shù)量

根據(jù)這個公式，要提升容量無非三種辦法：提升頻譜帶寬、提高頻譜效率和增加小區(qū)數(shù)量。增加小區(qū)數(shù)量意味著建設(shè)更多基站，成本太高。

至于頻譜帶寬，中低頻段的資源非常稀缺，因此5G將視野拓展到了毫米波領(lǐng)域，后面會介紹，毫米波頻段高，資源豐富，成為重點(diǎn)開發(fā)頻譜區(qū)域;除了擴(kuò)展更多頻譜資源之外，還有一種有效的方式就是更好的利用現(xiàn)有的頻譜，認(rèn)知無線電經(jīng)過多年的發(fā)展也取得了一些進(jìn)展，可以利用認(rèn)知無線電來提高廣電白頻譜的利用率。

白頻譜就是指在特定時間、特定區(qū)域，在不對更高級別的服務(wù)產(chǎn)生干擾的基礎(chǔ)上，可被無線通信設(shè)備或系統(tǒng)使用的頻譜。所謂廣電白頻譜就是指在廣播電視頻段的白頻譜。因?yàn)閺V播電視信號所在頻段是非常優(yōu)質(zhì)的頻段，非常適合廣域覆蓋，因此該頻段認(rèn)知無線電的應(yīng)用值得關(guān)注。

運(yùn)營商更喜歡通過提升頻譜效率的方式來提升容量。采用校驗(yàn)糾錯、編碼方式等辦法接近香農(nóng)極限速率。相對于4G的Tubor碼，5G的信道編碼更加高效。

4G和WiFi目前使用的調(diào)制技術(shù)主要是OFDM，這種調(diào)制方式的能力相比之前的CDMA等有了大幅的提升，但是OFDMA要求各個資源塊都正交，這將限制資源的使用，因此如果信號不正交也可以正常的解調(diào)，那將可以極大的提升系統(tǒng)容量，因此NOMA(non-orthogonal multiple-access)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在調(diào)制技術(shù)上的提升到了極限后，另一種更有效的方法就是多天線技術(shù)了，通過Massive MIMO實(shí)現(xiàn)容量的大幅提升。 

★ 1.1.1 信道編碼技術(shù)

數(shù)據(jù)編碼方案主要有三個：LDPC碼是美國人提出來的，Polar碼是土耳其一個大學(xué)教授提出來的，另外還有歐洲的Turbo2.0碼。

2016年10月，3GPP在葡萄牙里斯本召開了RAN1#86bis會議(以下稱86次會議)，在此次國際會議上，以往3G和4G占主導(dǎo)的Turbo幾乎沒有什么支持者，論戰(zhàn)的主角是LDPC和Polar。此次會議中三派就其他陣營提出方案的技術(shù)短板進(jìn)行抨擊，然而LDPC因技術(shù)上的優(yōu)勢而占據(jù)上風(fēng)，獲得了大量支持者，如三星、高通、諾基亞、英特爾、聯(lián)想、愛立信、索尼、夏普、富士通、摩托羅拉移動等。而此時只有華為一家還在堅(jiān)持Polar碼，就算聯(lián)想投票給Polar碼也無濟(jì)于事。在這一次會議上，LDPC占據(jù)了明顯上風(fēng)，成為5G移動寬帶在數(shù)據(jù)傳輸部分所采納的方案。

2016年11月，3GPP在美國召開了RAN1#87次會議，此次會議主要討論5G數(shù)據(jù)信道短碼方案以及5G控制信道方案。最終投票達(dá)成的結(jié)果，即5G eMBB場景的信道編碼技術(shù)方案中，長碼編碼以及和數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案采用高通主推的LDPC碼;控制信道編碼采用華為主推的Polar方案。

5G數(shù)據(jù)信道追求傳輸速率，主要為大型封包，在此方面LDPC的性能具有明顯優(yōu)勢，這也是LDPC能順利拿下數(shù)據(jù)信道長碼的實(shí)力所在。關(guān)于5G控制信道，因傳輸數(shù)據(jù)量小，相比于速度更注重可靠性，在此方面Polar碼有重要優(yōu)勢，加之中國廠商(包括聯(lián)想投票贊成)的廣泛支持，Polar碼得以成為5G移動寬帶控制信道的國際編碼標(biāo)準(zhǔn)。

大信息塊長度下不同信道編碼的表現(xiàn)，可以看出LDPC的傳輸效率還是要明顯高于其余兩者的。 

★ 1.1.2 非正交多址接入技術(shù)

4G網(wǎng)絡(luò)采用正交頻分多址(OFDM)技術(shù)，OFDM不但可以克服多徑干擾問題，而且和MIMO技術(shù)配合，極大的提高了數(shù)據(jù)速率。由于多用戶正交，手機(jī)和小區(qū)之間就不存在遠(yuǎn)-近問題，快速功率控制就被舍棄，而采用AMC(自適應(yīng)編碼)的方法來實(shí)現(xiàn)鏈路自適應(yīng)。

從2G，3G到4G,多用戶復(fù)用技術(shù)無非就是在時域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎(chǔ)上增加了一個維度——功率域。

新增這個功率域的目的是，利用每個用戶不同的路徑損耗來實(shí)現(xiàn)多用戶復(fù)用。

• NOMA希望實(shí)現(xiàn)的是，重拾3G時代的非正交多用戶復(fù)用原理，并將之融合于現(xiàn)在的4G OFDM技術(shù)之中。
• NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來對多路發(fā)射信號進(jìn)行疊加，從而提高信號增益。它能夠讓同一小區(qū)覆蓋范圍的所有移動設(shè)備都能獲得最大的可接入帶寬，可以解決由于大規(guī)模連接帶來的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。

★ 1.1.3 毫米波

美國聯(lián)邦通信委員會早在2015年就已經(jīng)率先規(guī)劃了28 GHz、37 GHz、39 GHz 和 64-71 GHz四個頻段為美國5G毫米波推薦頻段。美國FCC舉辦了28GHz頻譜拍賣，2965張頻譜牌照的成交總額近7.03億美元。(PS：國外頻譜是公開拍賣，國內(nèi)是由無線電管理委員會分配)。

毫米波很大的優(yōu)勢是頻段高，頻譜資源豐富，帶寬很寬。另外頻譜高，波長短，天線相應(yīng)的也更短，更方便在手機(jī)等小型設(shè)備上搭建多天線的應(yīng)用。光速=波長*頻率的公式計(jì)算，28GHz頻率的波長約為10.7mm，也就是毫米波，一般而言天線長度與波長成正比，基本上天線是波長的四分之一或二分之一是最優(yōu)，因此毫米波更短的波長也讓天線變得更短。

在 Massive MIMO 系統(tǒng)中可以在系統(tǒng)基站端實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線陣列的設(shè)計(jì)，從而使毫米波應(yīng)用結(jié)合在波束成形技術(shù)上，這樣可以有效的提升天線增益，但也是由于毫米波的波長較短，所以在毫米波通信中，傳輸信號以毫米波為載體時容易受到外界噪聲等因素的干擾和不同程度的衰減，信號不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。

★ 1.1.4 Massive MIMO與波束賦形

MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)可譯為多輸入多輸出，也就是多根天線的發(fā)送和接收。MIMO并不是一項(xiàng)全新技術(shù)，在LTE(4G)時代就已經(jīng)在使用了。通過更高階的MIMO技術(shù),結(jié)合載波聚合和高階調(diào)制，業(yè)界已經(jīng)可以讓LTE達(dá)到千兆級(1Gbps及以上)速度，達(dá)到初期LTE速度的十倍。

MIMO技術(shù)突破了香農(nóng)定理的限制，跳出了點(diǎn)對點(diǎn)單用戶的框框，將單一點(diǎn)對點(diǎn)信道變換成多個并行信道來處理，以至于頻譜效率主要取決于并行信道數(shù)量，從而提升了系統(tǒng)容量和頻譜效率。

如下圖所示，LTE和LTE-A基站端和手機(jī)端使用的都是少量的天線，手機(jī)端使用的天線數(shù)較少主要是受制于手機(jī)尺寸，在目前的中低頻段，對應(yīng)的天線尺寸仍然較大，無法在手機(jī)中集成過多的天線。而5G使用毫米波后，天線的尺寸變得很小，可以很方便的集成大量的天線。Massive MIMO最多可以支持256跟天線。

要做到Massive MIMO，基站要精確的掌握信道信息和終端位置，這對于時分復(fù)用的TDD系統(tǒng)不是什么大問題，而對于頻分的FDD系統(tǒng)就麻煩了。由于TDD系統(tǒng)上下行使用同一頻段，可以單邊的基于上行信道狀況估計(jì)下行信道，即利用上下行信道的互易性來推斷基站到終端的下行鏈路。而FDD系統(tǒng)，由于上行和下行不在一個頻段，因此不能直接用上行信道狀況估計(jì)下行信道狀況，為了實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)，需要引入CSI反饋，多了大量CSI反饋，隨著天線數(shù)量增加，不但開銷增大，且反饋信息的準(zhǔn)確性和及時性也存在降低的可能。因此，業(yè)界一直以為，Massive MIMO在FDD上更難于部署。

國內(nèi)其實(shí)在做3G的時候，國產(chǎn)的TD-SCDMA里面就有提到智能天線，基站系統(tǒng)通過數(shù)字信號處理技術(shù)與自適應(yīng)算法，使智能天線動態(tài)地在覆蓋空間中形成針對特定用戶的定向波束。雖然TD-SCDMA沒怎么做起來，但不可否認(rèn)他讓我國各大廠商積累了更多的MIMO天線和波束賦形的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。國外一直在大推FDD，目前看來TDD在Massive MIMO方面有著不可或缺的優(yōu)勢。

中國移動在杭州進(jìn)行外場測試，從芯片到核心網(wǎng)端到端使用華為5G解決方案。其中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)使用華為2.6GHz NR支持160MHz大帶寬和64T64R MassiveMIMO的無線設(shè)備，對接集中化部署于北京支持5G SA架構(gòu)的核心網(wǎng)，同時終端側(cè)使用基于華為巴龍5000芯片的測試終端。可以看到基站側(cè)使用的是64T64R，即64根發(fā)射天線64根接收天線，一共128根天線。

MIMO技術(shù)經(jīng)歷了從SU-MIMO(單用戶MIMO)向MU-MIMO(多用戶MIMO)的發(fā)展過程。SU-MIMO，它的特點(diǎn)是只服務(wù)單一終端，終端受限于天下數(shù)量和設(shè)計(jì)復(fù)雜性，從而限制了進(jìn)一步發(fā)展。而MU-MIMO將多個終端聯(lián)合起來空間復(fù)用，多個終端的天線同時使用，這樣以來，大量的基站天線和終端天線形成一個大規(guī)模的虛擬的MIMO信道系統(tǒng)。這是從整個網(wǎng)絡(luò)的角度更宏觀的去思考提升系統(tǒng)容量。不過，這么多天線引入，信號交叉，必然會導(dǎo)致干擾，這就需要預(yù)處理和波束賦形(Beamforming)技術(shù)了。

這種空間復(fù)用技術(shù)，由全向的信號覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù)，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務(wù)容量。

假設(shè)在一個周圍建筑物密集的廣場邊上有一個全向基站(紅色圓點(diǎn))，周圍不同方向上分布3臺終端(紅、綠、藍(lán)X)。采用Massive MIMO場景下，并引入精準(zhǔn)的波束賦形后，情況就神奇的變成下面這樣了。看著是不是很高端的樣子，已經(jīng)可以精確的控制電磁波的方向了，說起來容易，做起來可就難了，這里面的高科技無數(shù)。

圖片來源：https://www.cnblogs.com/myourdream/p/10409985.html

★ 1.1.5 認(rèn)知無線電

為什么會有認(rèn)知無線電，主要是因?yàn)榈皖l段的頻譜資源非常稀缺，之前已經(jīng)分配給一些系統(tǒng)使用了，但是發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)并沒有非常有效的把頻譜利用起來。因此就考慮使用認(rèn)知無線電技術(shù)，在不影響主通信系統(tǒng)的情況下，能見縫插針的利用這些頻譜。

認(rèn)知無線電可以被理解為獲得對周圍環(huán)境的認(rèn)知并相應(yīng)調(diào)整其行為的無線電。例如，認(rèn)知無線電可以在跳轉(zhuǎn)到另一個未使用的頻帶之前確定未使用的頻帶，并將其用于傳輸。認(rèn)知無線電術(shù)語是由約瑟夫·米多拉創(chuàng)造的，指的是能夠感知外部環(huán)境的智能無線電，能夠從歷史中學(xué)習(xí)，并根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境情況做出智能決策來調(diào)整其傳輸參數(shù)。

認(rèn)知無線電是SDR(軟件定義無線電)和MIND(人工智能)的組合。我們可以想像無線電賦予人類的某種功能，通過觀察感知外界，然后決定是否發(fā)送以及如何發(fā)送。在5G里會有很多認(rèn)知無線電相關(guān)的研究和應(yīng)用。

1.2uRLLC

5G的理論延時是1ms，是4G延時的幾十分之一，基本達(dá)到了準(zhǔn)實(shí)時的水平。這自然也會催生很多應(yīng)用場景，其實(shí)uRLLC的全稱是超可靠、低時延通信，所以不僅僅只是低時延還需要高可靠。具備時延低且可靠后，一些工業(yè)自動化控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動駕駛等技術(shù)就可以逐漸構(gòu)建起來了，這方面帶來的變革可能是天翻地覆的，原來看來不可能的事情，都在慢慢變得可能。來看看都做了些什么讓這些成為現(xiàn)實(shí)了吧。

★ 1.2.1 5GNR幀結(jié)構(gòu)

首先解釋一下什么叫做5GNR，其實(shí)就是5G空口標(biāo)準(zhǔn)，3gpp給他取了個名字，叫5GNR(New Radio)，4G時代一般將空口命名為LTE(Long TermEvolution)和LTE一樣，5GNR的一個無線幀長為10ms，每個無線幀分為10個子幀，子幀長度為1ms;每個無線幀又可分為兩個半幀(half-frame)，第一個半幀長5ms、包含子幀#0~#4，第二個半幀長5ms、包含子幀#5~#9;這部分的結(jié)構(gòu)是固定不變的。

5G NR的子載波間隔不再像LTE的子載波間隔固定為15Khz，而是可變的，可以支持5種配置，15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz，為什么不能小于15KHz或大于240KHz呢?

相位噪聲和多普勒效應(yīng)決定了子載波間隔的最小值，而循環(huán)前綴CP決定了子載波間隔的最大值。我們當(dāng)然希望子載波間隔越小越好，這樣在帶寬相同的情況下，能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。但如果子載波間隔太小，相位噪聲會產(chǎn)生過高的信號誤差，而消除這種相位噪聲會對本地晶振提出過高要求。

如果子載波間隔太小，物理層性能也容易受多普勒頻偏的干擾;如果子載波間隔的設(shè)置過大，OFDM符號中的CP的持續(xù)時間就越短。設(shè)計(jì)CP的目的是盡可能消除時延擴(kuò)展(delay spread)，從而克服多徑干擾的消極影響。CP的持續(xù)時間必須大于信道的時延擴(kuò)展，否則就起不到克服多徑干擾的作用。因此選擇15KHz~240KHz都是技術(shù)和實(shí)現(xiàn)成本等一系列綜合考慮的折中結(jié)果。

如下圖所示，子載波間隔越大則時隙越短(最小的子載波間隔15KHz對應(yīng)的時隙長1ms、最大的子載波間隔240KHz對應(yīng)時隙長0.0625ms)，對于uRLLC場景，要求傳輸時延低，此時網(wǎng)絡(luò)可以通過配置比較大的子載波間隔來滿足時延要求。

5G NR的靈活框架設(shè)計(jì)可以向上或向下擴(kuò)展TTI(即使用更長或更短的TTI)，依具體需求而變。除此之外，5G NR同樣支持同一頻率下以不同的TTI進(jìn)行多路傳輸。比如，高Qos(服務(wù)質(zhì)量)要求的移動寬帶服務(wù)可以選擇使用500 µs的TTI，而不是像LTE時代只能用標(biāo)準(zhǔn)TTI，同時，另一個對時延很敏感的服務(wù)可以用上更短的TTI，比如140 µs，而不是非得等到下一個子幀到來，也就是500 µs以后。也就是說上一次傳輸結(jié)束以后，兩者可以同時開始，從而節(jié)省了等待時間。

★ 1.2.2 多載波技術(shù)改進(jìn)

在OFDM系統(tǒng)中，各個子載波在時域相互正交，它們的頻譜相互重疊，因而具有較高的頻譜利用率。OFDM技術(shù)一般應(yīng)用在無線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，在OFDM系統(tǒng)中，由于無線信道的多徑效應(yīng)，從而使符號間產(chǎn)生干擾。

為了消除符號問干擾(ISI)，在符號間插入保護(hù)間隔。插入保護(hù)間隔的一般方法是符號間置零，即發(fā)送第一個符號后停留一段時間(不發(fā)送任何信息)，接下來再發(fā)送第二個符號。在OFDM系統(tǒng)中，這樣雖然減弱或消除了符號間干擾，由于破壞了子載波間的正交性，從而導(dǎo)致了子載波之間的干擾(ICI)。因此，這種方法在OFDM系統(tǒng)中不能采用。在OFDM系統(tǒng)中，為了既可以消除ISI，又可以消除ICI，通常保護(hù)間隔是由CP(Cycle Prefix ，循環(huán)前綴來)充當(dāng)。CP是系統(tǒng)開銷，不傳輸有效數(shù)據(jù),從而降低了頻譜效率。

目前LTE里使用的CP-OFDM技術(shù)能很好的解決多徑時延的問題，但是對相鄰子帶間的頻偏和時偏比較敏感，這主要是由于該系統(tǒng)的頻譜泄漏比較大，因此容易導(dǎo)致子帶間干擾。目前LTE系統(tǒng)在頻域上使用了保護(hù)間隔，但這樣降低了頻譜效率，同時也在一定程度上增加了時延，因此5G需要考慮一些新波形技術(shù)。目前的CP-OFDM在MTC、短促接入場景上會遇到挑戰(zhàn)，極地時延業(yè)務(wù);突發(fā)、短幀傳輸;低成本終端具有較大的頻率偏差，對正交不利。在多個點(diǎn)協(xié)作通信場景，多個點(diǎn)信號發(fā)射和接收難度較大。

目前有一些候選的改進(jìn)技術(shù)，3gpp會議上各公司提出來的新波形候選方案包括：加窗正交頻分復(fù)用(CP-OFDM with WOLA)、移位的濾波器組多載波(FBMC-OQAM)，濾波器組的正交頻分復(fù)用(FB-OFDM)、通用濾波多載波(UFMC)、濾波器的正交頻分復(fù)用(F-OFDM)和廣義頻分復(fù)用(GFDM)。這些技術(shù)都太專業(yè)，再此不表，有興趣的同學(xué)可以用關(guān)鍵字搜索了解，多年沒做這塊了，理解起來也有些費(fèi)勁，不過沒關(guān)系，知道他是解決什么問題的就好了。 

★ 1.2.3 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)作為5G里至關(guān)重要的一項(xiàng)技術(shù)，極大的解放了運(yùn)營商，深受運(yùn)營商喜愛。傳統(tǒng)的各種路由器都是硬交換，規(guī)則什么的都需要連網(wǎng)線提前配置好的，修改什么的非常不便，當(dāng)然如果沒有數(shù)據(jù)包按需處理的需求，這樣其實(shí)也挺好，快速且穩(wěn)定。但是隨著差異化服務(wù)的需求越來越多，如何更快速高效的管理網(wǎng)絡(luò)成了頭疼的問題了，SDN的出現(xiàn)剛好解決了這個問題，軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)是由美國斯坦福大學(xué)CLean State課題研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方式。

進(jìn)行SDN改造后，無需對網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)的路由器反復(fù)進(jìn)行配置，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備本身就是自動化連通的。只需要在使用時定義好簡單的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則即可。

SDN所做的事是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的控制權(quán)分離出來，由集中的控制器管理，無須依賴底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(路由器、交換機(jī)、防火墻)，屏蔽了來自底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的差異。而控制權(quán)是完全開放的，用戶可以自定義任何想實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸規(guī)則策略，從而更加靈活和智能。控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，可以針對不同的數(shù)據(jù)包類型/來源配置不同的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，從而對數(shù)據(jù)包區(qū)分不同的服務(wù)等級，進(jìn)而產(chǎn)生了服務(wù)質(zhì)量的區(qū)別。

有人對SDN做了一個形象生動的比喻，有助于幫助更好的理解SDN。

1.3 mMTC

先來看看mMTC的KPI，連接密度是1,000,000/km2，電池壽命是在MCL(最大耦合損耗)為164dB時工作10～15年，也就是說在信號很差的情況下仍然能工作10～15年(信號越差發(fā)射功率越大，越耗電)，覆蓋增強(qiáng)是要求在MCL=164dB時能提供160bps的速率，UE的復(fù)雜度和成本要求是非常低。

LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在3GPP R13中被稱為LTE enhanced MTC (eMTC)，旨在基于現(xiàn)有的LTE載波滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求。NB-IoT是NB-CIoT和NB-LTE的融合，國內(nèi)主要推行的是NB-IoT技術(shù)。

兩項(xiàng)技術(shù)有什么區(qū)別呢?如下圖所示，兩項(xiàng)技術(shù)各有優(yōu)勢，如果對語音、移動性、速率等有較高要求，則選擇eMTC技術(shù)。相反，如果對這些方面要求不高，而對成本、覆蓋等有更高要求，則可選擇NB-IoT。

小區(qū)容量雖然都是5萬個連接，但基本都使用了PSM和eDRX機(jī)制，這樣設(shè)備大部分時間處于休眠，降低了與基站的信令交互，也間接的提升了小區(qū)容量。這種容量的提升，主要是以設(shè)備長時間休眠而帶來的，可以看到NB-IoT的eDRX周期時間相比eMTC更長，所以對于下行數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度上會更慢。

這兩種技術(shù)，針對不同類型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)各有優(yōu)勢，因此也有人說兩項(xiàng)技術(shù)之間是互補(bǔ)的關(guān)系，并各自適用于不同的物聯(lián)網(wǎng)使用場景。

• 第一類業(yè)務(wù)：水表、電表、燃?xì)獗怼⒙窡簟⒕w、垃圾筒等行業(yè)/場景，具有靜止、數(shù)據(jù)量很小、時延要求不高等特點(diǎn)，但對工作時長、設(shè)備成本、網(wǎng)絡(luò)覆蓋等有較嚴(yán)格的要求。針對此類業(yè)務(wù)，技術(shù)上NB-IoT更合適。
• 第二類業(yè)務(wù)：電梯、智能穿戴、物流跟蹤等行業(yè)/場景，則對數(shù)據(jù)量、移動性、時延有一定的要求。針對這類業(yè)務(wù)，技術(shù)上eMTC則更勝一籌。 

下面的圖是3GPP關(guān)于5G時代將著手解決Massive和Critical問題，Massive即大容量物聯(lián)網(wǎng)通信的問題，Critical包括高可靠低時延。標(biāo)準(zhǔn)還在持續(xù)演進(jìn)，目前國內(nèi)中國電信的NB-IoT建網(wǎng)速度是最快的，從我們線上使用的情況來看，也基本都能覆蓋到我們的業(yè)務(wù)區(qū)域。

2. 5G的組網(wǎng)及覆蓋

2.1 國內(nèi)頻譜分配

國內(nèi)的5G頻譜分配結(jié)果已出，應(yīng)該也是根據(jù)運(yùn)營商現(xiàn)狀評估過之后的結(jié)果。下圖綠色部分為這次分配的頻譜，電信和聯(lián)通各分得100MHz，移動分得260MHz。 

1)中國聯(lián)通和中國電信獲得3.5GHz附近國際主流的5G頻段，具有如下特點(diǎn)：

• 產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟，研發(fā)較完善，最具有全球通用可行性;
• 發(fā)展進(jìn)度比較快，實(shí)現(xiàn)商用的時間比較早;
• 更低頻、更經(jīng)濟(jì)，所需基站密度更低，資本支出相對更小。

2)中國移動獲得2.6+4.9GHz組合頻譜，具有如下特點(diǎn)：

• 4.9GHz的100M帶寬可以支持的用戶數(shù)和流量更多，但是所需基站的密度更大，對資本支出帶來一定壓力;
• 2.6GHz頻譜產(chǎn)業(yè)鏈成熟度低，需要中國移動主動推動產(chǎn)業(yè)鏈的培育和布局，但覆蓋范圍廣、資本開支小，也可為5G商用帶來雙頻段保險。

3)可以看到給中國移動分配的頻段一共是260MHz，但是由于此次分配的2515-2675MHz包含之前4G在該頻段上的范圍，去除之前4G分配過的，本次分配實(shí)際新增頻譜是200MHz。

中國移動在2.6GHz(2575MHz～2635MHz)上本來就有大量的TD-LTE設(shè)備，在5G建設(shè)中也將會有速度優(yōu)勢。尤其是借助原有設(shè)備的升級改造，可以加大5G的覆蓋能力，但2.6GHz目前并非主流的5G頻譜，因此在產(chǎn)業(yè)鏈上會需要移動花更多的功夫來培育。

3.5GHz是國內(nèi)的主流頻譜，該頻段上的產(chǎn)業(yè)鏈相對更加成熟，因此也是運(yùn)營商爭奪的焦點(diǎn)。

2.2 熱點(diǎn)覆蓋or連續(xù)覆蓋?

2.6GHz具備室外連續(xù)覆蓋的可行性，但是其上行覆蓋受限于終端能力及功率等，上行覆蓋能力較弱。上行覆蓋相對于1800MHz相差4dB，相對于800MHz更是相差10dB以上。無線信號在自由空間中的傳播損耗遵循一定的規(guī)律，頻譜越高，傳播損耗更大，傳播的距離更短。其實(shí)連續(xù)覆蓋還是熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋，主要涉及到的是投資成本的問題，以及投資回報比，因?yàn)閭鞑p耗越高也就意味著基站要建的更密集，成本隨之大大增高，中國移動分配到的頻段更低，具有更大的連續(xù)覆蓋的可能性。

據(jù)保守估計(jì)，5G基站(宏基站)數(shù)量將會是先有4G基站數(shù)量的1.2～1.5倍。由于5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于較高頻段，傳統(tǒng)宏基站的穿透能力減弱，因此小基站或室內(nèi)分布式系統(tǒng)基站會成為很大的補(bǔ)充，比如在一些熱點(diǎn)的室內(nèi)、商場、場館、地下停車場等部署分布式系統(tǒng)來彌補(bǔ)。

2.3 SAor NSA?

首先解釋一下SA和NSA。非獨(dú)立組網(wǎng)(Non-Standalone,NSA)，獨(dú)立組網(wǎng)(Standalone, SA)。

其實(shí)這個概念很容易理解，如下圖所示。從4G升級到5G，有兩大種方案可選，財(cái)大氣粗的可以選擇完全獨(dú)立建設(shè)一套5G核心網(wǎng)和5G基站。而一些實(shí)力沒那么雄厚的，可以考慮過度一下，復(fù)用現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)，享受5G基站帶來空口新特性，空口速率會有所提升，但是無法使用5G核心網(wǎng)的一些諸如網(wǎng)絡(luò)切片之類的新特性。  

因?yàn)閲膺€是有很多的運(yùn)營商財(cái)力不是很雄厚，4G的成本還沒收回，又要鋪設(shè)這么大一張網(wǎng)，實(shí)在是有心無力。因此3GPP為了讓大家能在5G愉快的玩耍，也提供了各種NSA的升級套餐供各家選擇。因?yàn)?G的空口速率上去了后，4G原有基站可能支撐不了這么大的速率，可能會面臨一些改造。

NSA由于其5G空口載波只承載用戶數(shù)據(jù)，系統(tǒng)級的業(yè)務(wù)控制仍要依賴4G網(wǎng)絡(luò)，是在現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)上增加新型在播來進(jìn)行擴(kuò)容。因?yàn)槿允且蕾?G系統(tǒng)的核心網(wǎng)與控制面，非獨(dú)立組網(wǎng)架構(gòu)無法充分發(fā)揮5G系統(tǒng)低時延的技術(shù)特點(diǎn)，也無法通過網(wǎng)絡(luò)切片、移動邊緣計(jì)算等特性實(shí)現(xiàn)對多樣化業(yè)務(wù)需求的靈活支持。

從全球看，大部分的運(yùn)營商在初期階段選擇了NSA，這樣部署起來比較快，但是這個只能滿足5G三大場景中的增強(qiáng)移動寬帶部分，還無法滿足低時延高可靠和海量大連接場景。另外5G的NSA標(biāo)準(zhǔn)close的比較早，SA標(biāo)準(zhǔn)還在進(jìn)行中，因此一些現(xiàn)有的5G終端芯片是只支持NSA的，如果只是從帶寬的角度來考慮，手機(jī)僅支持NSA也問題不大。

2.4 超密集組網(wǎng)(UDN)

5G里在一些熱點(diǎn)的區(qū)域具備高密集組網(wǎng)能力，比如與大麥業(yè)務(wù)比較貼近的大型場館演出賽事時，會是一個超密集組網(wǎng)的場景。在熱點(diǎn)高容量密集場景下，無線環(huán)境復(fù)雜且干擾多變，基站的超密集組網(wǎng)可以在一定程度上提高系統(tǒng)的頻譜效率，并通過快速資源調(diào)度可以快速進(jìn)行無線資源調(diào)配，提高系統(tǒng)無線資源利用率和頻譜效率，但同時也帶來了許多問題。

高密度的無線接入站點(diǎn)共存可能帶來嚴(yán)重的系統(tǒng)干擾問題;高密度站點(diǎn)會使小區(qū)間切換將更加頻繁，會使信令消耗量大幅度激增，用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量下降;為了實(shí)現(xiàn)低功率小基站的快速靈活部署，要求具備小基站即插即用能力，具體包括自主回傳、自動配置和管理等功能。

解決這些問題的關(guān)鍵技術(shù)有：

1)多連接技術(shù)，多連接技術(shù)的主要目的在于實(shí)現(xiàn)UE (用戶終端)與宏微多個無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的同時連接。在雙連接模式下，宏基站作為雙連接模式的主基站，提供集中統(tǒng)一的控制面;微基站作為雙連接的輔基站，只提供用戶面的數(shù)據(jù)承載。輔基站不提供與UE 的控制面連接，僅在主基站中存在對應(yīng)UE 的RRC(無線資源控制)實(shí)體。

2)無線回傳技術(shù)，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基站與基站之間很難做到快速、高效、低時延的橫向通信，基站不能實(shí)現(xiàn)理想的即插即用。為了提高節(jié)點(diǎn)部署的靈活性，降低部署成本，利用與接入鏈路相同的頻譜和技術(shù)進(jìn)行無線回傳傳輸能解決這一問題。在無線回傳方式中，無線資源不僅為終端服務(wù)，還為節(jié)點(diǎn)提供中繼服務(wù)。

3)小小區(qū)動態(tài)調(diào)整，頻譜利用率最大化。對于展會或者球賽這種突發(fā)性質(zhì)的集會和賽事，其話務(wù)波動特性比較明顯，用戶群體網(wǎng)絡(luò)分享行為較為普遍，因此對上行容量要求較高。對于相對封閉的室內(nèi)場館區(qū)域，需要根據(jù)實(shí)時話務(wù)的情況實(shí)現(xiàn)動態(tài)UL/DL子幀配比調(diào)整比如調(diào)整為上行占優(yōu)的配置以滿足上行視頻回傳類需求。具體來說，電影音樂等大數(shù)據(jù)下載這類對下行資源需求較高的場景，需要擴(kuò)充更多的下行資源用于傳輸，比如從D/U從3:1調(diào)整為8:1;大型會議實(shí)況直播，視頻或音頻內(nèi)容上傳，則對上行資源存在極大的需求，比如從D/U從3:1調(diào)整為1:3。再有，業(yè)務(wù)類型趨同的用戶群體通常是分簇形式，甚至是以小區(qū)單元存在的，即在部署區(qū)域，當(dāng)一段時間內(nèi)用戶業(yè)務(wù)需求統(tǒng)計(jì)體現(xiàn)一個穩(wěn)定而明顯的特征，比如對上行業(yè)務(wù)需求量增加，那么需要對此區(qū)域的小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的時隙調(diào)整。

復(fù)雜多樣的場景下的通信體驗(yàn)要求越來越高，為了滿足用戶能在大型集會、露天集會、演唱會的超密集場景下獲得一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)5G無線網(wǎng)絡(luò)需要支持1000倍的容量增益，以及1000億針對這種未來熱點(diǎn)高容量的場景，UDN(超密集組網(wǎng))通過增加基站部署密度，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率復(fù)用效率和網(wǎng)絡(luò)容量的巨大提升，將成為熱點(diǎn)高容量場景的關(guān)鍵解決方案。不久的將來，超高清、3D和沉浸式視頻的流行會使得數(shù)據(jù)速率大幅提升，大量個人數(shù)據(jù)和辦公數(shù)據(jù)存儲在云端，海量實(shí)時的數(shù)據(jù)交互需要可以媲美光纖的傳輸速率。

3. 總結(jié)

總結(jié)一下，在本文中，我們可以了解到5G的關(guān)鍵技術(shù)。

1)其中單基站的峰值速率要達(dá)到20Gbps，頻譜效率要達(dá)到4G的3～5倍，這是關(guān)于eMBB超寬帶的指標(biāo)，使用的主要技術(shù)包括LDPC/Polar碼等新的編碼技術(shù)提升容量，使用毫米波拓展更多頻譜，使用波束賦形帶來空分多址增益，使用NOMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)PDMA功率域的增益，使用Massive MIMO技術(shù)來獲得更大的容量，毫米波讓波長更短，天線更短，在手機(jī)上可以安置的天線數(shù)更多，基站側(cè)可支持64T64R共128根的天線陣列。

2)時延達(dá)到1毫秒，這是關(guān)于uRLLC的場景，主要是新的空口標(biāo)準(zhǔn)5GNR中定義了更靈活的幀結(jié)構(gòu)，更靈活的子載波間隔配置，最大的子載波間隔240KHz對應(yīng)時隙長0.0625ms，這樣超低時延應(yīng)用稱為可能。通過新的多載波技術(shù)解決目前CP-OFDM中存在的保護(hù)間隔等資源浪費(fèi)，降低時延增大利用率。除此之外，還有網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，讓網(wǎng)絡(luò)變得更加彈性，可以更好的支持超低時延的應(yīng)用，建立一條端到端的高速功率，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)主要是核心網(wǎng)的SDN和NFV的應(yīng)用。

3)連接密度每平方公里達(dá)到100萬個，這是關(guān)于mMTC的場景，目前標(biāo)準(zhǔn)主要還是基于eMTC和NB-IoT進(jìn)行演進(jìn)，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)缺點(diǎn)，對數(shù)據(jù)量、移動性、時延有一定的要求的場景eMTC更合適，具有靜止、數(shù)據(jù)量很小、時延要求不高等特點(diǎn)，但對工作時長、設(shè)備成本、網(wǎng)絡(luò)覆蓋等有較嚴(yán)格要求的場景NB-IoT更合適，目前國內(nèi)主要覆蓋的是NB-IoT。這里的連接量其實(shí)是一個相對彈性或理想的值，因?yàn)檫B接量的提升主要是以終端通過PSM或eDRX技術(shù)實(shí)現(xiàn)休眠所帶來的，未來更多的并發(fā)能力，更小的網(wǎng)絡(luò)信令消耗、更多的突發(fā)數(shù)據(jù)包等場景都需要被考慮到，這部分的演進(jìn)仍然有著較長的路要走。 

4. 后記

今天的AI非常繁榮火爆，更多的是集中在圖像識別領(lǐng)域，不可否認(rèn)CNN和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在這一領(lǐng)域帶來的巨大變革，但是AI不等于DNN，不等于圖像識別，更不等于人臉識別，要達(dá)到更智能的世界還需要AI技術(shù)在更多方面取得突破。

AI在圖像領(lǐng)域取得突破相當(dāng)于智能世界的眼睛正在變得更加明亮，原來計(jì)算機(jī)無法理解的圖像，正在慢慢的變得結(jié)構(gòu)化、可理解，圖像識別、圖像跟蹤、圖像分割等都讓前端變得更加智能了。語音識別取得的進(jìn)步相當(dāng)于智能世界的耳朵變得能聽見且能聽懂了。各種傳感技術(shù)的進(jìn)步會逐步接近人的觸覺、嗅覺等等對物理世界的感知。最終匯聚到大腦完成智能的決策、指令的上傳下達(dá)，而5G網(wǎng)絡(luò)正在逐漸成為連接智能世界各個部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。未來值得期待，也期望咱們阿里的城市大腦能成為未來智能世界的重要組成部分。

5G的eMBB場景肯定會更早的發(fā)展起來，因?yàn)檫@一塊是相對需求明確，用戶感知度高的。5G的另外兩個場景估計(jì)需要更多的與場景結(jié)合，更多的是產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，運(yùn)營商面向B端的應(yīng)用，也是目前運(yùn)營商比較積極參與的。