5G网络应用与挑战

陈夏霖

摘要：移动通信的发展，一步步地改变我们的生活和社会，推动一场新的信息革命。3GPP定义了5G应用的三大场景包括增强移动宽带、大规模机器类通信和低时延高可靠通信，大幅度提升了“以人为中心”的移动互联网业务的体验并全面支持“以物为中心”的物联网业务，总体实现了人与人、人与物以及物与物的智能互联的总体愿景。同时，因频谱资源问题、通信协议、兼容性和终端也同样给5G的发展带来了一定的挑战。

关键词：5G；应用场景；面临挑战

1前言

随着移动互联网业务和物联网业务的发展，前几代网络逐渐难以适应新业务和网络运营的需求，同时推动着学界和产业界积极探索并对网络进行重新设计。5G作为新一代移动通信网络，致力于提供大数据带宽、无线组网能力和信号增强覆盖，以及高质量的个性用户服务。本文就5G移动通信应用场景及其面临的挑战进行论述分析。

2应用场景

3GPP定义了5G应用的三大场景：eMBB增强移动宽带、mMTC大规模机器类通信、uRLLC低时延高可靠通信。其中eMBB主要是对传统移动通信进行性能的提升，大幅度提升“以人为中心”的移动互联网业务的体验；mMTC和uRLLC则是为了满足物物互联的需求，全面支持“以物为中心”的物联网业务。

2.1增强移动宽带

eMBB是对传统移动通信进行性能的提升，场景需要满足更高的流量密度、更快的用户速率、更高的用户移动性需求。其主要体现在以下领域：3D超高清视频远程呈现、可感知的互联网、超高清视频流传输、宽带光纤用户以及虚拟现实、增强现实领域。实际应用下，办公区可达到数十Tbps/km2的流量密度，密集住宅区需满足Gbps用户体验速率，稳定支持在地铁等拥挤场所6人/m2的超高用户密度、高铁500km/h以上高速運动情况下的用户网络需求。

2.2大规模机器类通信

mMTC拥有可扩展和灵活的带宽，属于低速率通信，主要面向以传感数据采集为目标的物联网应用场景，这些场景一般具有小数据包、海量连接、终端功耗要求敏感等特点，如生态监测、智能农业、智能家居、智慧城市等。

2.3低时延高可靠通信

uRLLC特点是高可靠、低时延以及极高的可用性，性能指标需要毫秒级的端到端时延，接近100%的业务可靠性保证。包括的类场景及应用有工业应用和控制、交通安全和控制、远程制造、远程培训、远程手术等。

3面临挑战

3.1频谱挑战

随着移动通信的发展，无线电频谱资源日渐稀缺，尤其是优质低频普资源逐渐分配完毕，剩下的都是高频段资源。这类高频段资源适合于室内通信，室外通信则欠佳。未来的5G网络是一个多业务、多接入技术、多层次覆盖的系统，如何将分离的频谱资源有机的融合并合理利用，为用户提供最佳的业务体验，为运营商提供最强的网络能力等，是首要的技术挑战；与此同时，支撑5G的新传输技术与组网方式，将带来设备实现复杂度，设备研发成本，网络建设和运营维护等全新挑战。

3.2通信方面的挑战

未来5G作为一个大融合的智能互联的网络，业务范围和业务灵活性将极大提升。eMBB需要满足超高的用户速率，uLLC需满足超高可靠、超低时延的业务特征，mMTC具有小数据包、海量连接的特点，如何制定一个统一的通信协议，满足业务的灵活性还面临诸多挑战。同时，未来4G和5G将会是一个长期共存的局面，兼容性问题也不得不加以考虑。

3.3终端方面的挑战

对于高频段的射频器件，工艺和性能等都不同于4G第频段，相位噪声的增加使得终端射频前性能有所降低，需要对终端的射频架构做出调整。同时，毫米波终端架构不得不采用新的二次变频方案，多天线构成的波束赋形将是终端的必选，采用大带宽也使得我们不得不思考成本和收益的问题[1]。

4结语

5G作为新一代移动通信技术，其三大应用场景eMBB、mMTC和uRLLc总体实现了人与人、人与物以及物与物的智能互联的总体愿景，使得网络向多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。同时，对于当下所面临的频谱资源问题以及在通信、终端方面的挑战，需要在技术层面、产业链方面进一步进行研究，这样才可以快速地推动5G发展和使用。

参考文献：

[1]邢金强，马帅，肖善鹏.高频段5G终端射频实现与挑战[J].移动通信，2017，41（07）：15-19.

[2]王胡成，徐晖，程志密，王可.5G网络技术研究现状和发展趋势[J].电信科学，2015，31（09）：156-162.

[3]方汝仪.5G移动通信网络关键技术及分析[J].信息技术，2017（01）：142-145.

[4]迟梁，蒋俊杰.5G通信场景与技术分析[J].移动通信，2015，39（15）：88-93.