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袁国宝:5G基建要把握4大关键点和7大核心技术
2020-06-02 2043
对象
互联网趋势
目的
了解新基建
内容


随着5G移动通信时代脚步的临近,世界主要国家和地区均竞相部署5G战略,力争引领全球5G标准与产业发展。


韩国于2018年在平昌冬奥会上率先提供了5G应用服务,并计划于2020年年底实现5G大规模商用;美国四大运营商也在积极进行5G预商用部署;欧盟于2018年启动5G预商用测试,并计划于2025年在欧洲各城市推进5G商用;日本宣布将在2020年东京夏季奥运会前实现5G商用,2023年实现5G全国覆盖。


而我国在5G部署上,政府部门也在积极推进,不断加码相关政策。


《国家“十三五”规划纲要》提出“积极推进第五代移动通信(5G)和超宽带关键技术,启动5G商用”;《国家信息化发展战略纲要》强调要“积极开展5G技术研发、标准和产业化布局,2020年取得突破性进展,2025年建成国际领先的移动通信网络”。同时,政府支持成立IMT-2020(5G)推进组,组织5G试验、推动5G技术和标准研发。国内主流通信设备企业在标准制定和产业应用等方面已获得业界认可。在移动通信技术发展的过程中,在1G~4G时代,中国的移动通信企业逐渐从缺席、跟随、追赶转变为跟跑并跑。


经过几十年的努力与积淀,在5G时代,我国移动通信行业跻身领先地位。


中国5G开启了中国移动通信技术领跑世界的时代


在5G标准方面


目前,全球立项并通过50项5G标准,其中中国21项,美国9项,欧洲14项,日本4项,韩国2项。国际移动通信标准化组织3GPP接受华为的Polar码(极化码)作为控制信道编码方案,接受美国的LDPC作为数据信道编码方案。


在知识产权方面


在5G必备的知识产权中,中国企业拥有的知识产权数量占到了10%。在移动通信设备方面,华为是目前全球顶级的通信设备供应商,在全球537个4G网络中,华为负责提供设备的网络占到了一半。


在专利数量方面


设备厂商拥有的专利数量越多,在5G时代拥有的话语权就越高。相关数据显示,截止到2019年底,中国5G专利申请数量已跃居世界第一。其中,华为拥有的5G专利最多,排名世界第一,中兴通讯排名世界第三。据德国专利数据公司IPLytics统计,截止到2019年3月,中国厂商申请的关于5G标准的专利占比达到了34%,比韩国的25%和美国的14%要高出许多。


在移动终端方面


华为、OPPO、vivo、小米等手机的出货量和苹果、三星等国外知名品牌的出货量相差无几,手机价位也非常接近。2019年,这些企业相继推出5G手机,比很多国外知名品牌要早许多。总体来看,在5G通信技术领域,无论中国还是中国企业都已进入第一梯队。


我国5G时代占据领跑地位的三大原因:


第一,国家对5G的高度重视与科学的顶层设计;

第二,企业积极创新,先发制人,在国际市场上抢占制高点;

第三,我国、很早就开始参与5G标准化建设,这使得其积累很多的技术优势。



一、国家政策支持


工信部、发改委和科技部早在2013年2月就成立了IMT-2020(5G)推进组,其任务非常明确,就是推动5G技术和标准研发、牵头组织5G试验。在IMT-2020(5G)推进组的带领下,我国在2016年~2017年启动了三次技术研发试验,分别对5G关键技术、技术方案和系统进行了测试。


二、企业积极参与


我国电信运营商与通信设备制造商紧密合作积极开展5G技术研发试验。例如,2016年底,中国移动制定了2016年~2020年的5G商用时间表。根据这个时间表所做的规划,2017年5月,中国移动分别在北京、上海、广州、苏州、宁波建立5G试验网,进行5G外场测试。


三、持续的技术积累


早在3G网络时代,我国移动通信技术就取得了很大的进步,最有力的证明就是我国主导的TD-SCDMA成为三大国际标准之一。从那时起,我国企业持续加大在移动通信领域的投入,积极研发最新技术与产品,积累了一系列先进技术成果,为发力5G奠定了扎实的技术基础。


虽然5G的规模化商用还需要攻克很多技术难关,相关产业发展也面临着重重阻碍,但作为世界第二大经济体,我国消费者众多,企业用户规模庞大,能够切实满足5G相关产业发展的市场需求。再加上百度、腾讯、阿里巴巴等互联网企业的支持,我国5G技术发展与规模化商用的实现指日可待。


5G七大核心技术改变生活


作为第五代移动通信网络,5G网络的峰值速度可达每秒数十Gb,比4G网络的传输速度提高了数百倍,一部超高画质的电影下载只需1秒。随着5G网络的普及应用,人们完全可以利用智能终端分享3D电影、3D游戏及超高画质节目。作为未来几年,甚至十几年的主流通讯技术,5G将成为4G一样的基础设施,在智慧交通、工业互联网、医疗健康、智慧环保、城市管理等各行各业实现广泛应用。


那么5G网络的关键支撑技术有哪些呢?


下面我们对5G的七大关键技术进行简单分析。


5G的七大关键技术


一、超密集异构网络


随着移动通信网络的更新迭代,其复杂性也在不断提升。2G时代,运营商仅需要在全国部署几万个基站便可实现对全国网络的全面覆盖;4G时代,这一数字增长至500多万。而5G网络需要的基站规模更为庞大,5G网络每平方公里可以支持百万级别的设备接入,为此,必须密集部署海量基站。而且即便处于同一网络,不同终端的速率、功耗、使用频率、服务质量需求等也存在明显差异。


这种背景下,按照传统的网络结构模式进行部署,可能会使5G网络出现相互干扰问题。为了避免这种情况,需要从不同业务网络实现方式、节点协调方案、网络选择方案、节能配置方法等多种维度做出有效调整。


二、自组织网络


自组织网络是5G技术的重要组成部分,在网络部署阶段,它强调自规划和自配置;在网络维护阶段,它强调自优化、自愈合。自规划的目标是实现网络的动态规划和执行,并满足系统扩展容量、监测业务、优化结果等需求。自配置在成本控制、安装便捷性等方面有领先优势,其目标是实现新增网络节点配置的即插即用。自愈合是指系统可以自动对问题进行检测、定位及处理,有效降低系统运维成本,并提高用户体验。


三、内容分发网络


5G网络复杂业务较多,特别是高清晰度的音频、视频业务往往存在短时间内集中爆发的特性,为了确保用户获得良好体验,对网络进行改造升级就显得尤为关键。内容分发网络是一种拓展传统网络层次的有效方案,它可以提供智能虚拟网络来有效解决用户需求集中爆发的问题。


内容分发网络系统将充分考虑各网络节点负载状况、连接状态、用户距离等因素,将内容分发到距离用户较近的代理服务器中,使用户可以就近获取所需内容,避免网络拥堵,提高用户需求响应速度。


四、D2D 通信


5G网络的网络容量、频谱效率、通信模式、终端用户体验都需进一步提升。在5G网络环境下,设备间通讯都有望提升系统性能,减轻基站压力,增强用户体验,提高频谱利用率。所以,对于5G网络来说,D2D(Device to Device,设备对设备通信)将成为其中的一种关键技术。


五、M2M 通信


作为现阶段物联网最常见的应用形式,M2M(Machine to Machine,机器对机器通信)已经在智能电网、环境监测、城市信息化、安全监测等领域实现了商业化应用。目前,对于M2M网络,3GPP已经制定了一些标准,并开始立项研究M2M关键技术。根据3GPP规定,M2M有两种解释:从广义上看,M2M指的是机器与机器、人与机器、移动网络与机器之间的通信,涵盖了人、机器、系统之间的所有通信技术。从狭义上看,M2M指的就是机器之间的通信。相较于其它应用来说,M2M的典型特征就是智能化、交互式,在这种特征下,机器变得更加智慧。


六、信息中心网络


随着实时音频、高清视频等服务的数量日渐增多,基于位置通信的传统TCP/IP网络已无法承担海量数据分发任务,整个网络呈现出以信息为中心的发展趋势。1979年,尼尔森(Nelson)提出信息中心网络这一概念。目前,美国很多组织都在研究ICN,以期用ICN取代现有的IP。


七、网络切片


5G网络切片就是利用交通管理的分流方式对网络数据进行管理,其本质是从逻辑层面对现实存在的物理网络进行划分,按照用户服务需求及时延高低、带宽大小、可靠性强弱等指标将其划分成不同的虚拟网络,以应对多变的应用场景。


相较于4G网络来说,网络切片是5G网络一大鲜明特征。目前,业界主流的切片方式是按照5G网络的三大典型应用场景进行切分,让5G网络的网络承载能力与安全性能等指标满足相关业务需求,将物理网络进行分类,并转化为虚拟网络,从而满足多种网络应用场景需求。从5G技术本身发展视角上,5G技术可被应用至移动宽带、大规模物联网、关键任务型物联网等领域。


随着技术与市场不断发展,网络切片也将不断向前发展。从技术层面来看,提高网络运营速度、降低网络建设成本仍有较大潜力;从市场层面来看,工业互联网、新型智慧城市、无人驾驶汽车等都对移动互联网的质量提出了较高的要求。在此情况下,各项指标表现极好的5G网络将为相关产业的发展产生积极的推动作用。

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