李茂生

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5G技術(shù)對(duì)通信業(yè)務(wù)和基站的影響分析

李茂生

廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310

移動(dòng)通信直接關(guān)系到每個(gè)人的生活以及工作，是必不可少的一部分。隨著需求的增加，對(duì)其的要求也逐步提高。為了滿足時(shí)代的需求，5G移動(dòng)通信技術(shù)的開發(fā)推廣也是必然的。圍繞5G關(guān)鍵技術(shù)，分析其對(duì)通信業(yè)務(wù)、通信基站的影響。

5G技術(shù)；通信業(yè)務(wù)；通信基站

1 5G關(guān)鍵技術(shù)

5G關(guān)鍵技術(shù)主要是高頻段傳輸技術(shù)、新型多天線傳輸技術(shù)、同時(shí)同頻全雙工技術(shù)、D2D終端直聯(lián)技術(shù)、密集和超密集主網(wǎng)技術(shù)及新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

1.1 高頻段傳輸技術(shù)

在我國，3?GHz以下的移動(dòng)頻譜資源是較為擁擠的，而毫米波等類型的高頻段頻譜是非常充足的，采用高頻段傳輸可以很好地滿足5G技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)的要求，實(shí)現(xiàn)極高速通信，不過會(huì)存在一些問題，比如覆蓋半徑短、穿透能力差、易受氣候環(huán)境影響等。

1.2 新型多天線傳輸技術(shù)

新型多天線技術(shù)的研發(fā)不斷創(chuàng)新突破，從一開始的無源到之后的有源，再到現(xiàn)在真正地實(shí)現(xiàn)了高頻譜效率的提升目標(biāo)。有源天線陣列的引入，把基站側(cè)支持的協(xié)作天線數(shù)量可直接提升到128根，其技術(shù)也得到了創(chuàng)新，我們稱之為3D-MIMO技術(shù)。該技術(shù)支持多用戶波束智能賦型，有效減低了用戶之間的干擾，并且與高頻段毫米波技術(shù)相結(jié)合，可以更大程度地提高無線信號(hào)覆蓋性能[1]。

1.3 同時(shí)同頻全雙工技術(shù)

同時(shí)同頻全雙工技術(shù)是在相同的頻譜上，同時(shí)進(jìn)行收發(fā)信號(hào)的處理。目前無線通信的兩種方式：TDD和FDD，兩者的雙向鏈路分別是依靠時(shí)間、頻率來區(qū)分的，幾乎浪費(fèi)了一半的無線資源。采用同時(shí)同頻全雙工技術(shù)，理論上可使空口頻譜效率提高1倍。

1.4 D2D終端直聯(lián)技術(shù)

D2D終端直聯(lián)技術(shù)是由系統(tǒng)進(jìn)行控制，終端之間可復(fù)用小區(qū)資源直接進(jìn)行通信。由于終端之間的短距離直接通信信道質(zhì)量高，因此D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較低的時(shí)延、較低的功耗及超高的數(shù)據(jù)傳輸速率。D2D支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升了鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。通過廣泛分布的終端，可有效改善通信覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用。

1.5 密集和超密集組網(wǎng)技術(shù)

密集和超密集組網(wǎng)技術(shù)可以提升系統(tǒng)容量，并將網(wǎng)絡(luò)覆蓋改善得更加科學(xué)有效。對(duì)于業(yè)務(wù)來說，也可以更加合理地進(jìn)行分流處理，最大的特點(diǎn)就是組網(wǎng)靈活、高效。

1.6 新型無線接入網(wǎng)構(gòu)架

新型無線接入網(wǎng)構(gòu)架是基于集中化處理、協(xié)作式無線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架，其更適合協(xié)同技術(shù)，可以一定程度上降低干擾功耗，還可以提升頻譜效率，更合理地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)技術(shù)。這樣不僅僅可以科學(xué)地降低成本，而且維護(hù)也更加便捷，運(yùn)營支出也會(huì)同比減少。

2 5G技術(shù)帶來的影響

2.1 對(duì)通信業(yè)務(wù)的影響

對(duì)于將來必然會(huì)普及的AR、VR、超高清視頻等紛呈繁多的應(yīng)用來說，傳統(tǒng)的通信技術(shù)肯定不能夠滿足需求，所以未來電信網(wǎng)絡(luò)在策略、資源利用、運(yùn)維、復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)管理上已明確向IT化轉(zhuǎn)型，采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（SDN）。這是一次質(zhì)的改變，將嚴(yán)重影響傳統(tǒng)上以人工為主的通信組網(wǎng)技術(shù)服務(wù)，以及提供專有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廠商，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)IT行業(yè)新進(jìn)入者的激烈競爭。關(guān)于5G關(guān)鍵技術(shù)對(duì)通信業(yè)務(wù)的影響分析如下。

（1）超密集組網(wǎng)的影響

動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)特性明顯，對(duì)工程、設(shè)計(jì)、優(yōu)化、維護(hù)的精準(zhǔn)性提出更高要求；可能有新電信企業(yè)趁機(jī)進(jìn)入部署大量微站。

（2）高頻段毫米波的影響

高頻段設(shè)備研究門檻和技術(shù)要求較高，較多中小企業(yè)參與能力有限。高頻毫米波的芯片研發(fā)還未成熟，存在功耗、靈敏度等問題。高頻毫米波的研究需要高性能的儀器儀表作為基礎(chǔ)支撐。移動(dòng)通信領(lǐng)域使用高頻毫米波面臨如何有效降低雨衰以及氧衰等難題。

（3）大規(guī)模天線陣列與波束成形的影響

毫米波大規(guī)模天線陣列細(xì)分產(chǎn)業(yè)，與傳統(tǒng)天線生產(chǎn)加工形式差異顯著。天線陣列將作為基站射頻部分的一個(gè)組件，電信企業(yè)可能向系統(tǒng)設(shè)備廠家購買基站整機(jī)。

（4）軟件定義網(wǎng)絡(luò)的影響

統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)緩慢，傳統(tǒng)的運(yùn)維運(yùn)營體系面臨升級(jí)改造。云計(jì)算廠商有望切入電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，數(shù)據(jù)中心可能增加底層承載新業(yè)務(wù)。

（5）基于濾波器組的多載波技術(shù)、全雙工復(fù)用的影響

射頻組件、濾波器件和天線頻率向毫米波演進(jìn)，5G的競爭不僅是通信基礎(chǔ)技術(shù)的競爭，還是核心器件等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈競爭。全雙工自干擾消除技術(shù)將增加基站射頻部分的復(fù)雜度。

（6）自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）的影響

自適應(yīng)的組網(wǎng)技術(shù)將取代宏基站復(fù)雜的設(shè)計(jì)和運(yùn)維過程，將更好、更方便地對(duì)小基站群進(jìn)行配置、優(yōu)化和修復(fù)。小基站的運(yùn)營權(quán)可能從傳統(tǒng)電信企業(yè)轉(zhuǎn)移到實(shí)體商家或其他小企業(yè)手中。

（7）D2D終端直聯(lián)的影響

允許用戶面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)側(cè)而直接在本地傳輸，可以有效卸載蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量；可在網(wǎng)絡(luò)癱瘓的應(yīng)急救災(zāi)場景下，提供終端間的通信保障，孕育新的應(yīng)急通信產(chǎn)品解決方案；為車聯(lián)網(wǎng)中的V2V通信、智能家居中的家庭網(wǎng)關(guān)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供承載手段。低成本實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位：通過部署已知位置信息的終端或者位于室外的已定位終端確定待定位終端的位置。

2.2 對(duì)通信基站的影響

2.2.1 5G對(duì)的基站架構(gòu)影響

由4G的 BBU、RRU兩級(jí)結(jié)構(gòu)演進(jìn)到CU、DU和RRU/AAU三級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 5G RAN功能模塊重構(gòu)示意圖

CU集中單元主要處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)，是原BBU的非實(shí)時(shí)部分分割出來的。DU分布式單元是負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)，考慮節(jié)省RRU與DU之間的傳輸資源，部分物理層功能可上移至RRU。

在設(shè)備形態(tài)上，CU、DU、RRU/AAU可分離，也可集中。在5G網(wǎng)絡(luò)部署初期，也將主要采用“CU和DU合設(shè)+RRU/AAU”的設(shè)備方案?？紤]到傳輸條件、運(yùn)維難度、應(yīng)用場景等因素，未來5G基站設(shè)備將主要存在三種設(shè)備形態(tài)：CU和DU合設(shè)+RRU/AAU、CU+DU+RRU/AAU、一體化NR。

2.2.2 5G對(duì)宏站的影響

5G NR使用高頻段傳輸，覆蓋能力有限，需加密站址以實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋；5G采用超密集組網(wǎng)時(shí)，小覆蓋區(qū)域內(nèi)會(huì)集中大量的基站，需做好站址儲(chǔ)備；5G采用尺寸和重量都較大的Massive MIMO，需做好天饋安裝空間等方面的儲(chǔ)備。

2.2.3 5G對(duì)微站的影響

小區(qū)域范圍內(nèi)安裝大量5G Massive MIMO在工程上存在困難；微站一定是5G的一個(gè)重要的設(shè)備形態(tài)，是解決高容量和工程難題的一個(gè)方案；由于覆蓋半徑更小，5G C-RAN極有可能是一種重要的組網(wǎng)方式；5G C-RAN集中機(jī)房以及相應(yīng)空間、電力、傳輸?shù)扰涮仔枰龊脙?chǔ)備[2]。

2.2.4 5G對(duì)室分的影響

傳統(tǒng)DAS網(wǎng)絡(luò)難以承載5G高頻段，有源數(shù)字化將成為5G室分的重要方式，同時(shí)也存在大量現(xiàn)有室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)改造的困難。傳統(tǒng)室分和分布式微站各有所長，也都存在一定局限性，兩種技術(shù)將在一定時(shí)間內(nèi)并存。

3 結(jié)語

第五代移動(dòng)通信（5G）系統(tǒng)將對(duì)通信業(yè)務(wù)及相關(guān)領(lǐng)域、通信基站帶來影響，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)無線資源和傳輸管線資源也帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，這也是對(duì)三大運(yùn)營商、中國鐵塔、通信設(shè)備廠商、通信設(shè)計(jì)單位的挑戰(zhàn)。為了5G網(wǎng)絡(luò)大面積商用和普及，需要各家單位共同努力，從多方面著手尋求應(yīng)對(duì)方案。

[1]IMT-2020（5G）推動(dòng)組. 5G無線技術(shù)架構(gòu)白皮書[Z]. 2015：11-33.

[2]IMT-2020（5G）推動(dòng)組. 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)白皮書[Z]. 2015：11-19.

Analysis of the Impact of 5G Technology on Communication Services and Base Stations

Li Maosheng

GCI Science and Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510310

Mobile communication is directly related to everyone’s life and work. It is an essential part. With the increase in demand, its requirements have gradually increased. In order to meet the needs of the Times, the development and promotion of 5G mobile communication technology is inevitable. Focusing on 5G key technologies, the paper analyzes its impact on communication services and communication base stations.

5G technology; communication services; communication base station

TN929.53

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