中國移動5G技術概況介紹

在當前的4G時代，中國移動保持了領先優點。據三大運營商最新公佈的今年2月份的數據顯示，中國移動、中國電信、中國聯通的移動用戶數分別爲8.946億、2.5928億、2.8984億，4G用戶數分別爲6.618億、1.9333億、1.8713億，可見中國移動不管是用戶數仍是4G用戶數均遙遙領先於中國電信和中國聯通。

近日三大運營商公佈了它們2017年的業績，營收和利潤方面中國移動一樣遙遙領先。中國移動、中國電信、中國聯通的營收分別爲7405億、3662億、2490億，淨利潤則分別爲1142.79億、186.17億、4.3億，中國移動的淨利潤至關於電信和中國聯通淨利潤之和的六倍。

更重要的是，曾被視爲中國電信和中國聯通競爭優點的寬帶業務方面，中國移動的用戶數增加迅速已大幅領先中國聯通，並正縮短與中國電信的差距。今年2月份的數據顯示，中國移動、中國電信、中國聯通的寬帶用戶數分別爲1.198億、1.3554億、7747.3億，而淨增用戶數分別爲308.1萬、98萬、43.3萬，在中國移動的激烈競爭下中國電信和中國聯通正被迫下降它們的寬帶價格。

5G時代預計中國移動獨大局面難改

在3G時代，中國移動得到是國產3G技術TD-SCDMA，其3G技術的成熟度最低，在技術方面不如中國聯通的WCDMA和中國電信的CDMA，可是中國聯通和中國電信並沒取得領先優點，最終造成了三分天下的局面。在3G時代中國聯通得到了最優秀的3G標準，可是成績倒是最差的，其淨增移動用戶數竟然少於中國移動和中國電信。

4G時代，中國移動運營TD-LTE，在技術上TD-LTE稍遜於LTE-FDD，中國聯通和中國電信則一直等到國家給它們發放LTE-FDD牌照後纔開始大規模建設LTE-FDD網絡，不過從最終的數據來看，中國移動卻取得了遙遙領先於中國電信和中國聯通的成績。可見不管是3G時代仍是4G時代，中國移動都顯示出較強的競爭力，讓中國電信和中國聯通即便擁有領先的技術優點結果仍是居於市場劣勢。

預計即將到來的5G時代，三大運營商的5G技術將會趨於統一，在技術方面再也不有優劣勢之分，考慮到此前在3G、4G時代中國取得的優異成績，在5G時代相信中國移動將繼續保持較強的競爭力。

中國移動已宣佈將在明顯商用5G，它在資金方面最爲充沛，擁有數千億現金，可望快速建設5G網絡；中國電信有千億債務，中國聯通更有數千億的債務，而5G因爲基於較高的頻段建設網絡所以其耗費的資金將較4G多的多，資金對於這兩家運營商來講壓力山大；在5G時代中國聯通將最爲不利，其當前的4G網絡覆蓋最差，而5G時代預計4G和5G網絡將共存至關長的時間，這可能會讓它再次陷入雙網互搏的局面。

從1G到4G，移動通訊的核心是人與人之間的通訊，我的的通訊是移動通訊的核心業務。可是5G的通訊不只僅是人的通訊，而是物聯網、工業自動化、無人駕駛被引入，通訊從人與人之間通訊開始轉向人與物的通訊，直至機器與機器的通訊。

第五代移動通訊技術（5G）是目前移動通訊技術發展的最高峯，也是人類但願不只改變生活，更要改變社會的重要力量。

5G是在4G基礎上，對於移動通訊提出更高的要求，它不只在速度並且還在功耗、時延等多個方面有了全新的提高。由此業務也會有巨大提高，互聯網的發展也將從移動互聯網進入智能互聯網時代。

5G的三大場景

　　國際標準化組織3GPP定義了5G的三大場景。其中，eMBB指3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業務，mMTC指大規模物聯網業務，URLLC指如無人駕駛、工業自動化等須要低時延、高可靠鏈接的業務。

　　經過3GPP的三大場景定義咱們能夠看出，對於5G，世界通訊業的廣泛見解是它不只應具有高速度，還應知足低時延這樣更高的要求，儘管高速度依然是它的一個組成部分。從1G到4G，移動通訊的核心是人與人之間的通訊，我的的通訊是移動通訊的核心業務。可是5G的通訊不只僅是人的通訊，並且是物聯網、工業自動化、無人駕駛等業務被引入，通訊從人與人之間通訊，開始轉向人與物的通訊，直至機器與機器之間的通訊。

　　5G的三大場景顯然對通訊提出了更高的要求，不只要解決一直須要解決的速度問題，把更高的速率提供給用戶；並且對功耗、時延等提出了更高的要求，一些方面已經徹底超出了咱們對傳統通訊的理解，把更多的應用能力整合到5G中。這就對通訊技術提出了更高要求。在這三大場景下，5G具備6大基本特色。

5G的六大基本特色

　　高速度

　　相對於4G，5G要解決的第一個問題就是高速度。網絡速度提高，用戶體驗與感覺纔會有較大提升，網絡才能面對VR/超高清業務時不受限制，對網絡速度要求很高的業務才能被普遍推廣和使用。所以，5G第一個特色就定義了速度的提高。

　　其實和每一代通訊技術同樣，確切說5G的速度究竟是多少是很難的，一方面峯值速度和用戶的實際體驗速度不同，不一樣的技術不一樣的時期速率也會不一樣。對於5G的基站峯值要求不低於20Gb/s，固然這個速度是峯值速度，不是每個用戶的體驗。隨着新技術使用，這個速度還有提高的空間。

　　這樣一個速度，意味着用戶能夠每秒鐘下載一部高清電影，也可能支持VR視頻。這樣的高速度給將來對速度有很高要求的業務提供了機會和可能。

　　泛在網

　　隨着業務的發展，網絡業務須要無所不包，普遍存在。只有這樣才能支持更加豐富的業務，才能在複雜的場景上使用。泛在網有兩個層面的含義。一是普遍覆蓋，一是縱深覆蓋。

　　普遍是指咱們社會生活的各個地方，須要廣覆蓋，之前高山峽谷就不必定須要網絡覆蓋，由於生活的人不多，可是若是能覆蓋5G，能夠大量部署傳感器，進行環境、空氣質量甚至地貌變化、地震的監測，這就很是有價值。5G能夠爲更多這類應用提供網絡。

　　縱深是指咱們生活中，雖然已經有網絡部署，可是須要進入更高品質的深度覆蓋。咱們今天家中已經有了4G網絡，可是家中的衛生間可能網絡質量不是太好，地下停車庫基本沒信號，如今是能夠接受的狀態。5G的到來，可把之前網絡品質很差的衛生間、地下停車庫等都用很好的5G網絡普遍覆蓋。

　　必定程度上，泛在網比高速度還重要，只是建一個少數地方覆蓋、速度很高的網絡，並不能保證5G的服務與體驗，而泛在網纔是5G體驗的一個根本保證。在3GPP的三大場景沒有講泛在網，可是泛在的要求是隱含在全部場景中的。

　　低功耗

　　5G要支持大規模物聯網應用，就必需要有功耗的要求。這些年，可穿戴產品有必定發展，可是遇到不少瓶頸，最大的瓶頸是體驗較差。以智能手錶爲例，天天充電，甚至不到一天就須要充電。全部物聯網產品都須要通訊與能源，雖然今天通訊能夠經過多種手段實現，可是能源的供應只能靠電池。通訊過程若消耗大量的能量，就很難讓物聯網產品被用戶普遍接受。

　　若是能把功耗降下來，讓大部分物聯網產品一週充一次電，甚或一個月充一次電，就能大大改善用戶體驗，促進物聯網產品的快速普及。eMTC基於LTE協議演進而來，爲了更加適合物與物之間的通訊，也爲了更低的成本，對LTE協議進行了裁剪和優化。eMTC基於蜂窩網絡進行部署，其用戶設備經過支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬，能夠直接接入現有的LTE網絡。eMTC支持上下行最大1Mbps的峯值速率。而NB-IoT構建於蜂窩網絡，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署於GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以下降部署成本、實現平滑升級。

　　NB-IoT其實基於GSM網絡和UMTS網絡就能夠進行部署，它不須要和5G的核心技術那樣需從新建設網絡，可是，雖然它部署在GSM和UMTS的網絡上，仍是一個從新建設的網絡，而它的能力是大大下降功耗，也是爲了知足5G對於低功耗物聯網應用場景的須要，和eMTC同樣，是5G網絡體系的一個組成部分。

　　低時延

　　5G的一個新場景是無人駕駛、工業自動化的高可靠鏈接。人與人之間進行信息交流，140毫秒的時延是能夠接受的，可是若是這個時延用於無人駕駛、工業自動化就沒法接受。5G對於時延的最低要求是1毫秒，甚至更低。這就對網絡提出嚴酷的要求。而5G是這些新領域應用的必然要求。

　　無人駕駛汽車，須要中央控制中心和汽車進行互聯，車與車之間也應進行互聯，在高速度行動中，一個制動，須要瞬間把信息送到車上作出反應，100毫秒左右的時間，車就會衝出幾十米，這就須要在最短的時延中，把信息送到車上，進行制動與車控反應。

　　無人駕駛飛機更是如此。如數百架無人駕駛編隊飛行，極小的誤差就會致使碰撞和事故，這就須要在極小的時延中，把信息傳遞給飛行中的無人駕駛飛機。工業自動化過程當中，一個機械臂的操做，若是要作到極精細化，保證工做的高品質與精準性，也是須要極小的時延，最及時地作出反應。這些特徵，在傳統的人與人通訊，甚至人與機器通訊時，要求都不那麼高，由於人的反應是較慢的，也不須要機器那麼高的效率與精細化。而不管是無人駕駛飛機、無人駕駛汽車仍是工業自動化，都是高速度運行，還須要在高速中保證及時信息傳遞和及時反應，這就對時延提出了極高要求。

　　要知足低時延的要求，須要在5G網絡建構中找到各類辦法，減小時延。邊緣計算這樣的技術也會被採用到5G的網絡架構中。

　　萬物互聯

　　傳統通訊中，終端是很是有限的，固定電話時代，電話是以人羣爲定義的。而手機時代，終端數量有了巨大爆發，手機是按我的應用來定義的。到了5G時代，終端不是按人來定義，由於每人可能擁有數個，每一個家庭可能擁有數個終端。

　　2018年，中國移動終端用戶已經達到14億，這其中以手機爲主。而通訊業對5G的願景是每一平方千米，能夠支撐100萬個移動終端。將來接入到網絡中的終端，不只是咱們今天的手機，還會有更多千奇百怪的產品。能夠說，咱們生活中每個產品都有可能經過5G接入網絡。咱們的眼鏡、手機、衣服、腰帶、鞋子都有可能接入網絡，成爲智能產品。家中的門窗、門鎖、空氣淨化器、新風機、加溼器、空調、冰箱、洗衣機均可能進入智能時代，也經過5G接入網絡，咱們的家庭成爲智慧家庭。

　　而社會生活中大量之前不可能聯網的設備也會進行聯網工做，更加智能。汽車、井蓋、電線杆、垃圾桶這些公共設施，之前管理起來很是難，也很難作到智能化。而5G可讓這些設備都成爲智能設備。

　　重構安全

　　安全問題彷佛並非3GPP討論的基本問題，可是它也應該成爲5G的一個基本特色。

　　傳統的互聯網要解決的是信息速度、無障礙的傳輸，自由、開放、共享是互聯網的基本精神，可是在5G基礎上創建的是智能互聯網。智能互聯網不只是要實現信息傳輸，還要創建起一個社會和生活的新機制與新體系。智能互聯網的基本精神是安全、管理、高效、方便。安全是5G以後的智能互聯網第一位的要求。假設5G建設起來卻沒法從新構建安全體系，那麼會產生巨大的破壞力。

　　若是咱們的無人駕駛系統很容易攻破，就會像電影上展示的那樣，道路上汽車被黑客控制，智能健康系統被攻破，大量用戶的健康信息被泄露，智慧家庭被攻破，家中安全根本無保障。這種狀況不該該出現，出了問題也不是修修補補能夠解決的。

　　在5G的網絡構建中，在底層就應該解決安全問題，從網絡建設之初，就應該加入安全機制，信息應該加密，網絡並不該該是開放的，對於特殊的服務須要創建起專門的安全機制。網絡不是徹底中立、公平的。舉一個簡單的例子：網絡保證上，普通用戶上網，可能只有一套系統保證其網絡暢通，用戶可能會面臨擁堵。可是智能交通體系，須要多套系統保證其安全運行，保證其網絡品質，在網絡出現擁堵時，必須保證智能交通體系的網絡暢通。而這個體系也不是通常終端能夠接入實現管理與控制的。

5G的關鍵技術

　　5G做爲新一代的移動通訊技術，它的網絡結構、網絡能力和要求都與過去有很大不一樣，有大量技術被整合在其中。其核心技術簡述以下：

　　基於OFDM優化的波形和多址接入

　　5G採用基於OFDM化的波形和多址接入技術，由於OFDM技術被當今的 4G LTE 和 Wi-Fi 系統普遍採用，因其可擴展至大帶寬應用，而具備高頻譜效率和較低的數據複雜性，可以很好地知足 5G 要求。OFDM 技術家族可實現多種加強功能，例如經過加窗或濾波加強頻率本地化、在不一樣用戶與服務間提升多路傳輸效率，以及建立單載波OFDM波形，實現高能效上行鏈路傳輸。

　　實現可擴展的OFDM間隔參數配置

　　經過OFDM子載波之間的15kHz間隔（固定的OFDM參數配置），LTE最高可支持20 MHz的載波帶寬。爲了支持更豐富的頻譜類型/帶（爲了鏈接儘量豐富的設備，5G將利用全部能利用的頻譜，如毫米微波、非受權頻段）和部署方式。5G NR將引入可擴展的OFDM間隔參數配置。這一點相當重要，由於當FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換）爲更大帶寬擴展尺寸時，必須保證不會增長處理的複雜性。而爲了支持多種部署模式的不一樣信道寬度， 5G NR必須適應同一部署下不一樣的參數配置，在統一的框架下提升多路傳輸效率。另外，5G NR也能跨參數實現載波聚合，好比聚合毫米波和6GHz如下頻段的載波。

　　OFDM加窗提升多路傳輸效率

　　5G將被應用於大規模物聯網，這意味着會有數十億設備在相互鏈接，5G勢必要提升多路傳輸的效率，以應對大規模物聯網的挑戰。爲了相鄰頻帶不相互干擾，頻帶內和頻帶外信號輻射必須儘量小。OFDM能實現波形後處理（post-processing），如時域加窗或頻域濾波，來提高頻率局域化。

　　靈活的框架設計

　　設計5G NR的同時，採用靈活的5G網絡架構，進一步提升5G服務多路傳輸的效率。這種靈活性既體如今頻域，更體如今時域上，5G NR的框架能充分知足5G的不一樣服務和應用場景。這包括可擴展的時間間隔（STTI，Scalable Transmission Time Interval ），自包含集成子幀（Self-contained integrated subframe）。

　　先進的新型無線技術

　　5G演進的同時，LTE自己也還在不斷進化（好比最近實現的千兆級4G+），5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先進技術，如載波聚合、MIMO、非共享頻譜等。這包括衆多成熟的通訊技術：

　　大規模MIMO：從2×2提升到了目前4×4 MIMO。更多的天線也意味着佔用更多的空間，要在空間有限的設備中容納進更多天線顯然不現實，只能在基站端疊加更多MIMO。從目前的理論來看，5G NR 能夠在基站端使用最多256根天線，而經過天線的二維排布，能夠實現3D波束成型，從而提升信道容量和覆蓋。

　　毫米波：全新5G技術正首次將頻率大於24GHz以上頻段（一般稱爲毫米波）應用於移動寬帶通訊。大量可用的高頻段頻譜可提供極致數據傳輸速度和容量，這將重塑移動體驗。但毫米波的利用並不是易事，使用毫米波頻段傳輸更容易形成路徑受阻與損耗（信號衍射能力有限）。一般狀況下，毫米波頻段傳輸的信號甚至沒法穿透牆體，此外，它還面臨着波形和能量消耗等問題。

　　頻譜共享：用共享頻譜和非受權頻譜，可將5G擴展到多個維度，實現更大容量、使用更多頻譜、支持新的部署場景。這不只將使擁有受權頻譜的移動運營商受益，並且會爲沒有受權頻譜的廠商創造機會，若有線運營商、企業和物聯網垂直行業，使他們可以充分利用5G NR技術。5G NR原生地支持全部頻譜類型，並經過前向兼容靈活地利用全新的頻譜共享模式。

　　先進的信道編碼設計：目前LTE網絡的編碼還不足以應對將來的數據傳輸需求，所以迫切須要一種更高效的信道編碼設計，以提升數據傳輸速率，並利用更大的編碼信息塊契合移動寬帶流量配置，同時，還要繼續提升現有信道編碼技術（如LTE Turbo）的性能極限。 LDPC的傳輸效率遠超LTE Turbo，且易平行化的解碼設計，能以低複雜度和低時延，擴展達到更高的傳輸速率。

　　超密集異構網絡

　　5G網絡是一個超複雜的網絡，在2G時代，幾萬個基站就能夠作全國的網絡覆蓋，可是到了4G中國的網絡超過500萬個。而5G須要作到每平方千米支持100萬個設備，這個網絡必須很是密集，須要大量的小基站來進行支撐。一樣一個網絡中，不一樣的終端須要不一樣的速率、功耗，也會使用不一樣的頻率，對於QoS的要求也不一樣。這樣的狀況下，網絡很容易形成相互之間的干擾。5G網絡須要採用一系列措施來保障系統性能：不一樣業務在網絡中的實現、各類節點間的協調方案、網絡的選擇以及節能配置方法等。

　　在超密集網絡中，密集地部署使得小區邊界數量劇增，小區形狀也不規則，用戶可能會頻繁複雜地切換。爲了知足移動性需求，這就須要新的切換算法。

　　總之，一個複雜的、密集的、異構的、大容量的、多用戶的網絡，須要平衡、保持穩定、減小干擾，這須要不斷完善算法來解決這些問題。

　　網絡的自組織

　　自組織的網絡是5G的重要技術，這就是網絡部署階段的自規劃和自配置；網絡維護階段的自優化和自癒合。自配置即新增網絡節點的配置可實現即插即用，具備低成本、安裝簡易等優勢。自規劃的目的是動態進行網絡規劃並執行，同時知足系統的容量擴展、業務監測或優化結果等方面的需求。自癒合指系統能自動檢測問題、定位問題和排除故障，大大減小維護成本並避免對網絡質量和用戶體驗的影響。

　　SON技術應用於移動通訊網絡時，其優點體如今網絡效率和維護方面，同時減小了運營商的支出和運營成本投入。因爲現有的 SON 技術都是從各自網絡的角度出發， 自部署、自配置、自優化和自癒合等操做具備獨立性和封閉性，在多網絡之間缺少協做。

　　網絡切片

　　就是把運營商的物理網絡切分紅多個虛擬網絡，每一個網絡適應不一樣的服務需求，這能夠經過時延、帶寬、安全性、可靠性來劃分不一樣的網絡，以適應不一樣的場景。經過網絡切片技術在一個獨立的物理網絡上切分出多個邏輯網絡，從而避免了爲每個服務建設一個專用的物理網絡，這樣能夠大大節省部署的成本。

　　在同一個5G網絡上，經過技術電信運營商會把網絡切片爲智能交通、無人機、智慧醫療、智能家居以及工業控制等多個不一樣的網絡，將其開放給不一樣的運營者，這樣一個切片的網絡在帶寬、可靠性能力上也有不一樣的保證，計費體系、管理體系也不一樣。在切片的網絡中，各個業務提供商，不是如4G同樣，都使用同樣的網絡、同樣的服務。不少能力變得不可控。5G切片網絡，能夠向用戶提供不同的網絡、不一樣的管理、不一樣的服務、不一樣的計費，讓業務提供者更好地使用5G網絡。

　　內容分發網絡

　　在5G網絡中，會存在大量複雜業務，尤爲是一些音頻、視頻業務大量出現，某些業務會出現瞬時爆炸性的增加，這會影響用戶的體驗與感覺。這就須要對網絡進行改造，讓網絡適應內容爆發性增加的須要。

　　內容分發網絡是在傳統網絡中添加新的層次，即智能虛擬網絡。CDN 系統綜合考慮各節點鏈接狀態、負載狀況以及用戶距離等信息，經過將相關內容分發至靠近用戶的CDN代理服務器上、實現用戶就近獲取所需的信息，使得網絡擁塞情況得以緩解，縮短響應時間，提升響應速度。

　　源服務器只須要將內容發給各個代理服務器，便於用戶從就近的帶寬充足的代理服務器上獲取內容，下降網絡時延並提升用戶體驗。CDN技術的優點正是爲用戶快速地提供信息服務，同時有助於解決網絡擁塞問題。CDN技術成爲5G必備的關鍵技術之一 。

　　設備到設備通訊

　　這是一種基於蜂窩系統的近距離數據直接傳輸技術。設備到設備通訊（D2D）會話的數據直接在終端之間進行傳輸，不須要經過基站轉發，而相關的控制信令，如會話的創建、維持、無線資源分配以及計費、 鑑權、識別、移動性管理等仍由蜂窩網絡負責。蜂窩網絡引入D2D通訊，能夠減輕基站負擔，下降端到端的傳輸時延，提高頻譜效率，下降終端發射功率。當無線通訊基礎設施損壞，或者在無線網絡的覆蓋盲區，終端可藉助D2D實現端到端通訊甚至接入蜂窩網絡。在 5G 網絡中，既能夠在受權頻段部署D2D通訊，也可在非受權頻段部署。

　　邊緣計算

　　在靠近物或數據源頭的一側，採用網絡、計算、存儲、應用核心能力爲一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側發起，產生更快的網絡服務響應，知足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。5G要實現低時延，若是數據都是要到雲端和服務器中進行計算機和存儲，再把指令發給終端，就沒法實現低時延。邊緣計算是要在基站上即創建計算和存儲能力，在最短期完成計算，發出指令。

　　軟件定義網絡和網絡虛擬化

　　SDN架構的核心特色是開放性、靈活性和可編程性。它主要分爲三層：基礎設施層位於網絡最底層，包括大量基礎網絡設備，該層根據控制層下發的規則處理和轉發數據；中間層爲控制層，該層主要負責對數據轉發面的資源進行編排，控制網絡拓撲、收集全局狀態信息等；最上層爲應用層，該層包括大量的應用服務，經過開放的北向API對網絡資源進行調用。NFV做爲一種新型的網絡架構與構建技術， 其倡導的控制與數據分離、軟件化、虛擬化思想，爲突破現有網絡的困境帶來了但願。

　　5G是一個複雜的體系，在5G基礎上創建的網絡，不只要提高網絡速度，同時還提出了更多的要求。將來5G網絡中的終端也不只是手機，而是有汽車、無人駕駛飛機、家電、公共服務設備等多種設備。4G改變生活，5G改變社會。5G將會是社會進步、產業推進、經濟發展的重要推動器。