第36卷 第10期2018年 10月数字技术与应用Digital Technology &ApplicationVol.36 No.10October 20182018年第 10 期通信技术DOI:10.19695/j.cnki.cn12-1369.2018.10.175G移动通信典型应用场景分析研究屈刚1 蒋川2(1.中通服咨询设计研究院有限公司,江苏南京 210019;2.南京畅卓网络科技有限公司,江苏南京 210019)摘要:随着5G愿景和概念逐渐地清晰,业界越发意识到网络技术发展对 5G 系统的重要价值。本文旨在通过从不同角度梳理的方式,研究5G通信系统的典型业务场景需求,基于通信服务升级、业务需求分析、部署角度思考、以及实际应用角度这四个方面来梳理5G的各类应用场景,以期为5G的后续研究和发展提供借鉴思路。关键词:5G技术；应用场景；关键技术中图分类号:TN929.5文献标识码:A文章编号:1007-9416(2018)10-0031-020 前言4G向5G演进,主要聚焦于增强移动宽带场景(eMBB)、低时延高可靠场景 (uRLLC)、低功耗大连接场景(mMTC)这三大应用场景,意味着网络的三个“形态”。简单地说,eMBB是给人联网用的,uRLLC和mMTC是给物联网用的。在不断高速发展的移动互联网和持续增长的物联网需求的共同推动下,5G作为新一代的无线通信技术,将用于满足2020 年以后的移动通信市场的需求。5G通信技术将使移动通信突破时间和空间限制,极大缩短人与人、人与物之间的距离,给用户带来极佳的交互体验,实现人与万物实现快速互联互通。1 典型应用场景1.1 基于通信服务升级的分析从通信的历史来看,通信系统进行换代的最根本动力是用户的需求升级,因此如何把握用户的需求,以及合理的预测未来的通信场景将是进行技术升级的必要前提。IMT-2020 5G需求组结合中国的通信特点,为中国未来通信提出了“三高”场景:高转换、高密度以及高速度。高转换场景:表示通信的场景前后差异较大,会在很短的时间内快速的切换场景,如从一个人头攒动的大商场到单独一人的电梯内,5G的通信必须要适应不同场景之间的快速来回切换。高密度场景:意味着移动移动用户在某些特定的地点和时间上所交互的信息内容密度将远超4G通信的场景,并且基站在单一的小区和面积中将需要支持更多的移动用户。目前,5G技术的解决办法就是部署大量的小基站,通过小基站来提高网络的容量并支撑更多的用户。高速度场景:此场景主要为应用在高铁场景(500km/h)下保持高可靠的稳定信号,5G移动通信必须要解决并提高抗干扰能力。延1ms、可靠性达到99.999%;在低功耗大连接的物联网中连接数密度:10*6/km2。5G系统对各种应用都能提供优良的支持,提供海量的接入,满足如:智慧城市、智能制造、智能车联网、智能农业化等多用应用。到2010年,云网络将会存储全球超过1/3的数字信息,这要求用户和云端之间的连接必须要达到光纤级别的传输速率。对于移动物联网,根据业务的要求不同,将服务进行了划分。第一类:智能抄表和环境监控,其特点就是低速率(<100kbps)、海量连接、低功耗(续航10年)、低成本等;第二类:视频监控和智能家居,其特点就是中速率(100kbps-10Mbps),对功耗不敏感、对语音能力有要求;第三类:远程治疗和车联网等,其特点要求高速率(>10Mbps)、高可靠的控制对时延敏感度很高,对功耗无要求。1.2.2 业务应用场景分类针对5G的业务需求进行分析,提出如下七大应用场景:(1)密集居住区、高校、CBD等场景:流量密度下行可达3.2T/km2(上行130G/km2),连接密度数106/km2,端到端的时延10～20ms,用户体验下行速率1024Mbps(上行512Mbps)。(2)办公区域场景:流量密度下行可达15T/km2(上行2T/km2),连接密度数7.5*105/km2,端到端的时延20ms,用户体验下行速率1024Mbps(上行512Mbps)。(3)大型商场、大卖场场景:流量密度下行可达120G/km2(上行150G/km2),连接密度数1.6*105/km2,端到端的时延5～10ms,用户体验下行速率15Mbps(上行60Mbps)。(4)大型场馆和集会中心场景:流量密度下行可达800G/km2(上行1.3T/km2),连接密度数4.5*105/km2,端到端的时延5～10ms,用户体验下行速率60Mbps(上行60Mbps)。(5)地铁、轻轨场景:流量密度下行可达10T/km2(上行300G/km2),连接密度数6*106/km2,端到端的时延10～20ms,用户体验下行速率60Mbps(上行15Mbps),移动速率110Km/h。(6)火车站、汽车站、机场场景:流量密度下行可达2.3T/km2(上行330G/km2),连接密度数1.1*106/km2,端到端的时延10～20ms,用户体验下行速率60Mbps(上行15Mbps),移动速率110Km/h。(7)高铁场景:流量密度下行可达1.6T/km2(上行500G/km2),连接密度数7*105/km2,端到端的时延50ms,用户体验下行速率1.2 基于业务需求角度的考虑1.2.1 业务的类型和特点未来5G通信的目标是要达到光纤般的传输速度,让移动互联网互用得到不一般的体验。在500km/h行驶的高速列车上用户体验速率达到100Mbps;在热点高容量区域用户体验速率达到1Gbps、峰值速率20Gbps;在无人驾驶的车联网中满足单向空口时收稿日期:2018-08-10作者简介:屈刚(1983—),男,汉族,四川南充人,硕士,中通服咨询设计研究院有限公司高级工程师,研究方向:TD-LTE和5G通信。31Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.第 36 卷 数字技术与应用 www.szjsyyy.com15Mbps(上行15Mbps),移动速率500Km/h。1.3 基于部署方向的场景思考5G技术中指标众多,为了方便比较选取三个能够量化,且较为重要的性能指标:第一个:下行速率随时随地100Mbps和用户在特点区域体验速率达到1Gbps;第二个:连接数密度相比4G有100倍的提高;第三个:空口时延更低只有4G的1/5,达到1ms的端到端时延。从部署方向思考,能够和技术更为紧密,可以分为四大典型的应用场景:广覆盖增强场景、超密集部署场景、物联网场景、低时延高可靠场景。1.4 基于实际应用角度的研究1.4.1 虚拟化平台实现NFV网关的应用NFV网关由云计算平台、信令网关、安全网关、Nanocell网管、云管理等系统组成。虚拟化平台操作系统通过独立的物理设备作为控制节点,管理业务节点上运行的信令网关虚拟机和安全网关虚拟机。为避免业务虚拟机物理设备单点失效造成的业务中断,可为每个物理设备配置冗余备份设备来提高可靠性保障:虚拟化平台操作系统分别针对每个控制节点和业务节点实现1:1备份,虚拟机实例可通过状态同步与路由协议避免主用虚拟机故障造成的业务中断。1.3.1 宏覆盖增强场景在该场景中,不同用户到基站的路损差异很大,使得信噪比差别也很大。场景所用频段以低频段为主,宏基站的覆盖半径较大,可达几公里。用户体验速率的性能指标要达到100Mbps,具有相当的挑战性。而且该场景下,不光人与人,人与物之间的通信量都相当巨大。因此比较合适该场景的技术有:新型调制编码、NOMA以及Massive MIMO技术。如将这些技术较好的融合应用,总体的增益基本可以与数个技术叠加相比。1.4.2 MEC技术的应用从整个网络的MEC的架构上来看,希望未来的MEC是一个平台化的架构,能够更好地去灵活加载相应的应用。目前,各运营商正在积极开展相关技术研究,并在现网中进行试点验证,涉及缓存应用、本地应用等。当然,MEC应用于现网还需在计费、安全、移动性管理等方面进一步完善技术方案。业界之所以在MEC上投入很精力摸索适用场景,是为了更好地对现有移动网络业务进行“革命性”改变,并为5G应用建立新型的产业链和网络生态圈。5G网络架构将以用户为中心,通过网络切片功能实现灵活部署,所以在网络架构上．MEC已成为5G的重要组成部分,而在功能上5G网络已与MEC实现融合。1.3.2 超密集部署场景5G技术与密集部署息息相关,例如:密集居住区、高校、CBD、办公区域、大型场馆等。在该场景下,不管是终端接入数量,还是要达到1Gbps的用户体验速率,都具有相当高的挑战。小区的部署类型呈现多样性,有宏基站、Micro cell、Pico cell、Femto cell,它们的天线高度、天线增益、发射功率也均不相同。适合的潜在技术有:Virtual Cell、无线回传、增强的干扰协调技术、高阶调制编码、增强SON等。2 结语移动通信新技术会不断研究并应用,网络性能更优质,网络功能更灵活,网络运营更智能,网络生态更友好将成为未来5G网络发展的方向。本文从四个大的方面对5G的典型应用场景进行了分析,分析了基于通信服务升级的应用场景;描述了基于业务需求角度出发的各业务类型和特点并给出场景分类;从部署角度出发的场景进行了思考;最后从实际应用角度,介绍了增强移动互联网业务中采用的两种典型场景。随着对5G关键技术和应用场景的深入研究,对提升全新的业务体验,推动全社会信息化发展,增强企业竞争力,增加经济效益都具有重要意义。参考文献[1]欧栓.论述5G无线通信场景需求与技术演进[J].中国新通信,2017,19(9):4-5.[2]袁弋非,王欣晖,赵孝武.5G部署场景和潜在技术研究[J].移动通信,2017,41(6):39-45.[3]姚姝姣.5G网络关键技术及应用场景研究[J].信息通信,2017,(3):274-275.1.3.3 物联网场景物联网场景需要解决最大问题就是支持海量的终端数,而要让用户消费如此庞大的终端,就必须使每个机器的成本要远低于手机终端,且功耗足够低,电池蓄电容量足够大,以保证终端几年稳定运行。而且覆盖还要求达到室内深度覆盖,信号能够到达地下室。潜在的技术包括能有效降低设备费用并提高覆盖的窄带传输技术、可显著降低控制信道开销的控制信令优化技术、以及支持多个终端同时同频共享无线资源的非正交传输技术。1.3.4 低时延和高可靠场景几种应用的一个共同要求就是低时延和高可靠。例如在某些智能制造行业中的机器间的通信,毫秒级的时延会严重影响产品的质量。在智能交通系统中,想要避免交通事故,必须达到ms级的时延和近乎为零的检测率的硬性要求。潜在技术包括增强型链路自适应,物理帧新设计、终端的直通技术等。Analysis and Study on The Typical Application of 5G Mobile CommunicationQU Gang1,JIANG Chuan2(1.China Information Consulting & Designing Institute Co., Ltd, Nanjing Jiangsu 210019;2.Nanjing Chang Zhuo Network Technology Co., Ltd. Nanjing Jiangsu 210019)Abstract:As the prospect and the concept of 5G have been ever-clear, the industry has come to be aware that the development of networktechnology is of great significance to 5G system. The paper is designed to make a study on the typical applications of 5G mobile communication systemfrom different perspectives. It is expected to provide the ensuing study and development of 5G with a reference and idea based on the analysis of 5Gapplications from four aspects, namely, communication service upgrading, business demand analysis, deployment thinking and actual application.Key words:5G technology; typical application; key technology32Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.