第五代移動(dòng)通信技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)“5G”)，在其強(qiáng)大的運(yùn)行速度理論支持下，使其在5G未來(lái)超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、M2M物聯(lián)網(wǎng)將賦予5G新概念、5G移動(dòng)云計(jì)算、5G運(yùn)行擴(kuò)寬情境感知技術(shù)等諸多無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域引發(fā)一系列挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)也是機(jī)遇，從而推動(dòng)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步洗牌，并推動(dòng)5G技術(shù)加快創(chuàng)新步伐。

5G未來(lái)超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于5G技術(shù)的研發(fā)，華為成為早期開(kāi)拓者，并在之后的幾年里向外界展示了5G原型機(jī)基站。此后，三星電子宣布已成功開(kāi)發(fā)第5代移動(dòng)通信(5G)的核心技術(shù)，這一技術(shù)預(yù)計(jì)將于2020年開(kāi)始推向商業(yè)化。該技術(shù)可在28GHz超高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數(shù)據(jù)，且最長(zhǎng)傳送距離可達(dá)2公里。

未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向發(fā)展。隨著各種智能終端的普及，面向2020年及以后，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。在未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)中，減少小區(qū)半徑，增加低功率節(jié)點(diǎn)數(shù)量，是保證未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)支持1000倍流量增長(zhǎng)的核心技術(shù)之一。因此，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將成為未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)提高數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵技術(shù)。

未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將部署超過(guò)現(xiàn)有站點(diǎn)10倍以上的各種無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)，在宏站覆蓋區(qū)內(nèi)，站點(diǎn)間距離將保持10米以?xún)?nèi)，并且支持在每1平方公里范圍內(nèi)為25000個(gè)用戶(hù)提供服務(wù)。同時(shí)也可能出現(xiàn)活躍用戶(hù)數(shù)和站點(diǎn)數(shù)的比例達(dá)到1:1的現(xiàn)象，即用戶(hù)與服務(wù)節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。密集部署的網(wǎng)絡(luò)拉近了終端與節(jié)點(diǎn)間的距離，使得網(wǎng)絡(luò)的功率和頻譜效率大幅度提高，同時(shí)也擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，擴(kuò)展了系統(tǒng)容量，并且增強(qiáng)了業(yè)務(wù)在不同接入技術(shù)和各覆蓋層次間的靈活性。雖然超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在5G中有很大的發(fā)展前景，但是節(jié)點(diǎn)間距離的減少，越發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署將使得網(wǎng)絡(luò)拓鋪更加復(fù)雜，從而容易出現(xiàn)與現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)不兼容的問(wèn)題。

在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，干擾是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要有：同頻干擾，共享頻譜資源干擾，不同覆蓋層次間的干擾等?，F(xiàn)有通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)算法只能解決單個(gè)干擾源問(wèn)題，而在5G網(wǎng)絡(luò)中，相鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸損耗一般差別不大，這將導(dǎo)致多個(gè)干擾源強(qiáng)度相近，進(jìn)一步惡化網(wǎng)絡(luò)性能，使得現(xiàn)有協(xié)調(diào)算法難以應(yīng)對(duì)。此外，由于業(yè)務(wù)和用戶(hù)對(duì)QoS需求的差異性很大，5G網(wǎng)絡(luò)需要采用一系列措施來(lái)保障系統(tǒng)性能，主要有：不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)，各種節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)方案，網(wǎng)絡(luò)的選擇，以及節(jié)能配置方法等。準(zhǔn)確有效地感知相鄰節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模節(jié)點(diǎn)協(xié)作的前提條件。在超密集網(wǎng)絡(luò)中，密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增，加之形狀的不規(guī)則，導(dǎo)致頻繁復(fù)雜地切換。為了滿(mǎn)足移動(dòng)性需求，勢(shì)必出現(xiàn)新的切換算法;另外，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù)也是研究的重點(diǎn)。由于用戶(hù)部署的大量節(jié)點(diǎn)的開(kāi)啟和關(guān)閉具有突發(fā)性和隨機(jī)性，使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_具有大范圍動(dòng)態(tài)變化特性;而各小站中較少的服務(wù)用戶(hù)數(shù)也容易導(dǎo)致業(yè)務(wù)的空間和時(shí)間分布出現(xiàn)劇烈的動(dòng)態(tài)變化。

傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，主要依靠人工方式完成網(wǎng)絡(luò)部署及運(yùn)維，既耗費(fèi)大量人力資源又增加運(yùn)行成本，而且網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也不理想。在未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)中，將面臨網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的挑戰(zhàn)，這主要是由于網(wǎng)絡(luò)存在各種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋能力各不相同，它們之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，自組織網(wǎng)絡(luò)(self-organizingnetwork，SON)的智能化將成為5G網(wǎng)絡(luò)必不可少的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

在未來(lái)5G中，面向大規(guī)模用戶(hù)的音頻、視頻、圖像等業(yè)務(wù)急劇增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸式增長(zhǎng)會(huì)極大地影響用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。如何有效地分發(fā)大流量的業(yè)務(wù)內(nèi)容，降低用戶(hù)獲取信息的時(shí)延，成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和內(nèi)容提供商面臨的一大難題。僅僅依靠增加帶寬并不能解決問(wèn)題，它還受到傳輸中路由阻塞和延遲、網(wǎng)站服務(wù)器的處理能力等因素的影響，這些問(wèn)題的出現(xiàn)與用戶(hù)服務(wù)器之間的距離有密切關(guān)系。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(contentdistributionnetwork，CDN)會(huì)對(duì)未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的容量與用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)具有重要的支撐作用。

5G未來(lái)面臨一系列挑戰(zhàn)

首先，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在大量的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如：LTE、Wimax、UMTS、WLAN等，異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)并存的現(xiàn)象將持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。目前，異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)面臨的主要挑戰(zhàn)是難以互通，資源優(yōu)化困難，無(wú)線(xiàn)資源浪費(fèi)，這主要是由于現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用了垂直架構(gòu)的設(shè)計(jì)模式。此外，網(wǎng)絡(luò)中的一對(duì)多模型(即單一網(wǎng)絡(luò)特性對(duì)多種服務(wù))，無(wú)法針對(duì)不同服務(wù)的特點(diǎn)提供定制的網(wǎng)絡(luò)保障，降低了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和用戶(hù)體驗(yàn)。因此，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中引入SDN思想將打破現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的封閉僵化現(xiàn)象，徹底改變無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的困境。

軟件定義無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保留了SDN的核心思想，即將控制平面從分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中解耦，實(shí)現(xiàn)邏輯上的網(wǎng)絡(luò)集中控制，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則由集中控制器統(tǒng)一下發(fā)。軟件定義無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)分為3個(gè)層面。在軟件定義無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，控制平面可以獲取、更新、預(yù)測(cè)全網(wǎng)信息，例如：用戶(hù)屬性、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)需求以及實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。因此，控制平面能夠很好地優(yōu)化和調(diào)整資源分配、轉(zhuǎn)發(fā)策略、流表管理等，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理，加快了業(yè)務(wù)創(chuàng)新的步伐。

隨著海量設(shè)備的增長(zhǎng)，未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)不僅承載人與人之間的通信，而且還要承載人與物之間以及物與物之間的通信，既可支撐大量終端，又使個(gè)性化、定制化的應(yīng)用成為常態(tài)。情境感知技術(shù)能夠讓未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)、智能、及時(shí)地向用戶(hù)推送所需的信息。

5G網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)是讓終端用戶(hù)始終處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)將來(lái)支持的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是智能手機(jī)——它還要支持智能手表、健身腕帶、智能家庭設(shè)備如鳥(niǎo)巢式室內(nèi)恒溫器等。5G網(wǎng)絡(luò)是指下一代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)將是4G網(wǎng)絡(luò)的真正升級(jí)版，它的基本要求并不同于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

5G網(wǎng)絡(luò)中看到的最大的改進(jìn)之處是它能夠靈活地支持各種不同的設(shè)備。除了支持手機(jī)和平板電腦外，5G網(wǎng)絡(luò)將還需要支持可佩戴式設(shè)備，例如健身跟蹤器和智能手表、智能家庭設(shè)備如鳥(niǎo)巢式室內(nèi)恒溫器等。

在一個(gè)給定的區(qū)域內(nèi)支持無(wú)數(shù)臺(tái)設(shè)備，這就是科學(xué)家的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在未來(lái)，每個(gè)人將需要擁有10-100臺(tái)設(shè)備為其服務(wù)。不過(guò)科學(xué)家很難弄清楚支持所有這些設(shè)備到底需要多大的數(shù)據(jù)容量。所有這一切，都需要進(jìn)行不斷的探索。