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5G技术实现高速传输与低延迟:揭秘高密度网络容量提升策略

在信息化时代,5G通信技术以其高传输率、低延迟、高网络容量密度等优势成为业界共识目标。为满足这些需求,通信业者正努力研发更高频段的频谱、新型调变与天线技术,并整合异质网络。这些关键技术的突破,将为未来十几年的科技与通讯领域带来巨大的商机。
2017年,5G发展进入了快车道。各国政府和主要通讯厂商纷纷加大投入,5G技术与标准的发展逐渐明朗。美国联邦通讯委员会(FCC)完成了5G频谱的分配规划,高通和英特尔等公司推出了相应的芯片解决方案。此外,Verizon与七家5G技术论坛伙伴共同研发,力求在2017年实现5G的商用。这些进展都显示出全球5G发展势头正劲,市场热度持续攀升。
为了实现5G通讯的目标,通讯业者正致力于三大方向:一是使用更高频段的频谱,二是引进新的调变与天线技术,三是整合异质网络。本次活动特别邀请了研究单位和技术领先的厂商,探讨如何运用6GHz以下频段与毫米波频段实现更高的传输速率,并介绍通用分频多任务(GFDM)、Massive MIMO、移动边缘计算(MEC)等5G关键技术。
5G技术的发展愿景可概括为三个方面:Extreme Mobile Broadband、Massive MAChine Communication和Critical Machine Communication。Extreme Mobile Broadband追求在任何地点实现100Mbit/s的传输速率,峰值速率超过10Gbits/s;Massive Machine Communication强调低成本、低耗电、大量连接;Critical Machine Communication则强调低延迟、高可靠性和无中断的移动性。
5G高速传输的关键之一是高频毫米波频段的应用,大约在24GHz至86GHz之间。此外,运用大规模多进多出(Massive MIMO)技术、波束成型和波束追踪技术,可以显著提高传输速率和质量。同时,整合不同网络带宽的异质网络技术也是提升传输速率的重要手段。
在产业预期进展方面,今年北美地区的定点无线传输速率将达到1Gbits/s,峰值速率将达到5Gbits/s。2018年韩国平昌冬季奥运会将推出试运行的5G服务,峰值速率将提升至10Gbits/s,网络等待时间将缩短至1毫秒。2019年至2020年,日本、中国、欧洲等地将逐步实现5G的商用。
5G网络相较于现有的4G LTE,其复杂度大幅提升。5G将WIFI、4G LTE、LPWAN网络融合在一起,通过多种新技术提升网络带宽和应用范畴。由于应用场景繁多,5G通过网络切片技术区分不同垂直产业,以满足多样化的需求。此外,与4G相比,5G对云端的应用将更加全面和深入。
网络资源管理方面,5G提出了动态资源管理的概念。由于带宽资源有限,需要更精确地管理,为不同用户提供所需的带宽和连接时间,并动态调整。软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)将成为重要的技术手段,共同作用于网络资源的自动化管理与控制。
实际应用中,自动驾驶、健康监测、智能电表等应用对网络的需求各不相同。如何满足这些需求,网络切片技术将成为关键。通过设定不同的参数,如成本、距离、服务质量、数据速率等,网络控制系统可以为不同应用提供最合适的网络资源。与传统的静态管理相比,动态经验管理能更实时地提供更好的用户体验

为达到各界对5G通讯高传输率、低延迟、高网络容量密度等共识目标,通讯业者正积极朝使用更高频段频谱、引进新的调变与天线技术,以及整合异质网络等三大方向投入研发。掌握关键技术发展,可以发掘未来十几年科技与通讯领域重大商机。

5G技术实现高速传输与低延迟:揭秘高密度网络容量提升策略

2017年5G发展将全速前进。在各国政府与主要通讯大厂竞相投入下,5G技术与标准的发展已更趋明朗,日前美国联邦通讯委员会(FCC)完成5G频谱分配规划、高通(Qualcomm)与Intel都将推出芯片解决方案,另外,Verizon携手七家5G技术论坛伙伴一同研拟自定义5G标准期在2017年提前商用,这些进展在在皆显示全球5G发展能量已迅速积累,2017年市场热度更将攀升至新高点。

为达到各界对5G通讯高传输率、低延迟、高网络容量密度等共识目标,通讯相关业者正积极朝使用更高频段频谱、引进新的调变与天线技术,以及整合异质网络等三大方向投入研发。因此,本次活动特别邀请研究单位与技术领先的厂商担任讲师,剖析如何运用6GHz以下频段与毫米波频段达到更高传输速率;并介绍通用分频多任务(GFDM)、MassiveMIMO、行动边缘运算(MEC)等5G关键技术。

5G产业愿景 科技发展核心

3GPP的第五代行动通讯愿景分成三个部分,Nokia端到端解决方案部资深技术经理Johan Asplund(图1)说,传统的行动宽带重点为Extreme Mobile Broadband,目标是无论何时何地传输速率皆可达100Mbit/s,峰值速率(Peak Rate)超过10Gbits/s;而大规模物联网Massive Machine Communication,强调低成本、低耗电、大量连结,每平方公里100万个节点;特殊应用物联网Critical Machine Communication,强调低延迟(Low Latency)、高可靠度(Ultra Reliability)、无行动中断(Zero Mobility Interruption)。

图1 Nokia端到端解决方案部资深技术经理Johan Asplund说,5G的重点为Extreme Mobile Broadband、Massive Machine Communication与Critical Machine Communication。

5G高速传输有一个重点,就是采用高频毫米波频段,大约是在24GHz∼86GHz,详细使用频段还有赖各国政府与电信主管机关订定。另外,更多频道同时传送讯息,也有助于传输速率的提升,运用大规模多进多出(Massive MIMO)技术,搭配波束成型(Beamforming)、波束追踪(Beam Tracking)技术可大幅提升传输速率与质量。而结合不同网络带宽的异质网络整合技术,是提升传输速率的方式。弹性的框架设计与分布式的架构,也是发展重点。

在产业预期进展部分,Johan Asplund表示,今年在北美地区,定点的无线传输速率将达1Gbits/s,峰值速率将达5Gbits/s。2018年韩国昌平冬季奥运,将推出试运行的5G服务,除了强化行动性,无线传输的峰值速率将进展至10Gbits/s,网络等待时间将缩短至1毫秒(ms),频带的应用将扩展到30GHz;

2019∼2020年,日本、大陆、欧洲都将陆续导入商转,包括史上最盛大的欧洲国家杯足球赛、东京奥运,非授权频段的带宽应用等愿景将陆续达成。

提升网络资源管理效率

与现有4G LTE相较(表1),5G的网络复杂度大为提升,Nokia***暨香港澳门大中国区端到端解决方案总监王集祥(图2)指出,5G将WiFi、4G LTE、LPWAN等过去各自独立运作的网络连在一起,也透过多种新的技术提升网络带宽与应用范畴。由于应用太多元,必须要透过不同的网络切片(network Slicing),区隔各种不同的垂直产业,以满足不同的需求。最后,4G对云端的应用比较单纯,5G对云端的应用将更为全面与深入。

图2 Nokia***暨香港澳门大中国区端到端解决方案总监王集祥指出,5G将过去各自独立运作的网络连在一起,也透过多种新的技术提升网络带宽与应用范畴。

图3 SGS电子通讯实验室副理廖兆祥指出,在2020年5G时代,行动用户数将较2015年成长1.3倍达92亿,行动宽频用户将成长2.3倍达84亿。

从网络资源的应用来看,王集祥解释,5G有一个很重要的观念叫动态资源管理(Dynamic resource management),由于带宽资源是有限的,所以必须要更精准的管理,提供需要的使用者高带宽或长时链接并动态调整。软件定义网络(Software Defined Networking, SDN)和网络功能虚拟化(Network Function Virtualization, NFV)也会越来越重要,不仅会共同运作,也对网络资源的自动化管理与控制非常重要。

在应用上,王集祥举例,自动驾驶、健康、智能电表这三种应用对网络的需求截然不同,如何顺利达成个别目的,网络切片成为未来最主要的手段,网络控制系统会透过不同参数的设定,包括成本、距离、服务质量、数据速率、动/静态、电池寿命、延迟等不同参数的需求,分析出相关应用的网络需求,加以模块化并提供最适合的网络资源给不同的服务。另外,动态经验管理(Dynamic Experience Management)相较于过去大多是静态的管理,不仅能更实时也提供消费者更好的使用者经验。

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