English 
主辦: 國家無線電監測中心國家無線電頻譜管理中心
首頁>技術前沿

以用戶為中心的5G關鍵技術

【字體: 2018年08月16日 16:42 來源:人民郵電報 作者:劉家祥 王達

移動數據業務的爆炸式增長推動了移動通信的快速發展。5G通信系統能夠達到10Gbps的下行峰值傳輸速率,旨在提供比LTE通信系統高1000倍的容量增益,100倍以上的連接數量和1/10的連接時延。與之前移動通信系統由技術驅動不同的是5G通信系統由業務驅動,提升用戶體驗成為其發展的原動力。用戶為了獲得極致的上網體驗,需要超高的傳輸速率;物聯網實現萬物互聯,機器類通信將產生海量設備接入需求;隨著自動駕駛技術的應用與發展,需要提供高可靠低時延的通信作為支撐。基于以上需求,5G需要支持增強移動寬帶、大規模機器類通信和高可靠低時延三大應用場景。

用戶作為業務體驗的主體,為用戶提供個性化服務和高質量用戶體驗成為5G通信系統考慮的關鍵因素。為此,5G通信系統將突出“以用戶為中心”,更加重視用戶的個性化服務和用戶體驗。

目前,關于以用戶為中心的5G關鍵技術在物理層、網絡層和業務層都有涉及。

在物理傳輸方面,未來5G用戶可以建立設備間的直連通信,克服了對基站部署的依賴;在網絡選擇方面,用戶可以根據業務需求選擇合適的接入節點;在業務服務方面,5G系統將管道精細化、網絡智能化和服務內容多樣化有機結合,真正實現了以用戶為中心的服務體驗。

D2D技術


D2D是指網絡中近鄰設備可以直接進行通信的技術。該通信方式給予用戶更大的靈活性,通信過程不再依賴網絡,D2D通信鏈路建立起來即可在沒有網絡設備干預的情況下傳輸數據,實現了用戶間的直接通信。這種通信方式克服了基站位置固定的限制,并且可以在較低功率損耗水平下實現比基站轉發更高的數據速率,更低的時延響應,非常適用于短距離通信。D2D體現了5G通信系統從傳統的以基站為中心的通信模式向以用戶為中心的通信模式的轉變,面對復雜的通信場景需求,可以顯著提高用戶的通信體驗。

D2D通信由于其通信距離較近,設備之間直接傳輸數據,具有以下優勢。

提高頻譜利用率:針對當前網絡的上行鏈路負載低于下行鏈路負載的情況,D2D可以復用上行鏈路頻譜資源建立連接以提高系統的頻譜利用率,由于終端設備發射功率受限,對傳統用戶與基站間的通信干擾比較小。D2D用戶還可以利用WIFI所在的非授權頻段,擴大了5G系統的頻譜資源范圍,頻譜效率可以得到顯著提升。

提高信號覆蓋質量:由于基站的位置相對固定,用戶的活動范圍要遠大于基站的覆蓋范圍。在小區邊緣可以采用中繼的方式與基站進行通信,即小區邊緣用戶在信號質量難以滿足通信需求的情況下與近鄰用戶設備建立一跳或多跳的D2D鏈路,最終通過覆蓋信號好的用戶設備將數據發送給基站,實現了邊緣用戶業務體驗的提升,提高了基站的覆蓋范圍。除此之外,當遇到重大自然災害基站不能工作時,D2D可以通過設備直連技術建立類似Ad-Hoc的網絡,保障應急通信。

提高空分復用增益:受終端尺寸的影響,無法在終端側配備大量天線以實現很高的空分復用增益。D2D技術可以實現用戶間的協作通信,將多個終端設備的天線聯合處理,與基站的多天線形成虛擬MIMO技術,通過與波束賦形算法的結合可以顯著提高空分復用的增益。

超密集組網

5G將采用高頻段進行部署,單小區的覆蓋范圍要小于LTE。為了達到5G要求的高峰值速率和系統容量,超密集組網技術成為解決這一難題的技術手段,通過密集部署基站來提升空間復用增益。隨著小區部署數量的增多,同一用戶被多個基站信號覆蓋,而且不同基站支持不同的網絡制式,例如GSM、LTE、5G等。如何對網絡進行選擇和切換,以達到更好的用戶體驗和服務一致性是超密集組網重點關注的問題。因此,5G組網策略的重心將從網絡側移動到用戶側,以用戶為中心智能適配網絡和用戶需求,打破傳統蜂窩網的小區邊界限制實現網隨人動,達到在復雜多樣的無線網絡接入環境下提供高質量業務服務的目的。

未來5G網絡將會是宏基站和大量微基站密集部署的異構網絡,由于基站間的距離減小,且很多基站覆蓋范圍重疊,基站間的相互干擾也相應增強。業界提出了簇化集中控制的方法,將小區劃分為不同的簇來分配不同資源以減小小區間干擾。還提出了分布式的干擾管理辦法,通過構建干擾矩陣的方式實現對載波、功率等的合理分配。

除了干擾管理,超密集組網場景還要考慮避免移動用戶頻繁發生小區切換的問題。解決這一問題的主流方法是利用多連接技術將用戶控制平面的RRC連接始終由宏基站進行維護,在數據平面根據業務類型來決定合適的基站進行數據傳輸。針對時延敏感且數據速率要求不高的業務可以由宏基站進行傳輸,針對高速率時延不敏感業務可以在微基站進行傳輸。然而,以上方法是建立在有宏基站覆蓋的場景下實現的,在無宏基站覆蓋場景下,可以通過多個微基站使用相同的宏小區ID來建立虛擬宏小區,多個微基站共同維護用戶的控制平面,同樣可以達到減少切換頻率的目的。

個性化服務

5G需要根據不同的業務特征,為用戶提供個性化的服務。隨著物聯網、自動駕駛、虛擬現實、云計算等應用的層出不窮,其對數據傳輸速率、流量密度、時延、功耗等通信指標有著各自特殊的要求。5G將在QoS粒度方面進行細化,并且結合大數據、云計算、內容緩存等技術提升自身的服務能力,以用戶為中心提供個性化的服務支撐能力。

在LTE系統中,端到端差異化的服務是通過承載體現出來的。端到端承載由EPS承載和外部承載構成;EPS承載又可分為E-RAB和S5/S8承載;E-RAB進一步分為無線承載和S1承載。不同的承載通過QCI參數區分不同的QoS服務質量。然而LTE在QoS控制方面處于較粗粒度,標準化的QCI值僅有9個,難以滿足5G業務需求。因此未來5G會更加精細地對QoS進行劃分,實現業務和通信指標的準確匹配,達到很好的服務效果。

5G除了要求在管道上做到精細化,還要做到智能化。通過與大數據技術的結合可以對用戶行為進行分析。例如用戶每天通勤的運動軌跡,用戶對不同類型業務的偏好程度,用戶的社交關系等等。通過對用戶數據的收集、統計和分析,可以提取出大量有價值的信息,為網絡配置提供指導。


5G系統還擴展了移動通信業務服務的維度,從單一地提供數據傳輸服務升級為提供計算、存儲和通信的聯合服務。移動邊緣計算技術就是典型的代表,通過在無線接入網部署云服務器,可以為物聯網設備提供計算卸載業務,克服了物聯網設備能量和計算資源受限的劣勢。移動邊緣計算還可以提供內容緩存服務,將熱門文件提前緩存在邊緣服務器,可以極大減少用戶訪問資源的時延,與此同時實現了流量的本地化,節省了回傳鏈路資源。

隨著科技的發展,未來5G將會繼續圍繞提升用戶體驗這個核心目標運用更多新技術以更好地適應多樣化場景需求。

分享:
標簽:5G 閱讀:10965
Top
微信群怎样@所有人