迈向分层网络架构 5G通讯系统引发量测技术变革

作者：Hongwei Kong 是德科技中国北京实验室

5G无线通信系统将运用极密集网络布建方式达成更高带宽与传输速率，因而须以分层式网络架构进行管理，以提高网络效率与服务质量；而此一架构的转变已引发全新量测挑战，促使仪器开发商加紧研发新一代测试方案，迎合5G发展需求。

无线通信产业正与全世界研究5G关键促成技术的学者紧密合作。本文将探讨5G技术的驱动因素及相较于前一代无线通信标准，是那些特点让5G成为革命性行动通讯科技，并探讨即将带动重大变革的5G关键促成技术。

此外，文中将检视系统的重大变革，针对这些新技术，深入探讨量测挑战，同时提出一些范例与构想，说明如何有效克服5G关键技术的量测挑战。

5G牵动网络技术革命

5G预期将成为带动无线产业革命的行动通讯网络，并即将于2020年转变成商业化的通讯技术。驱动5G技术发展的原动力，是为了满足急遽变化的行动通讯需求，这些需求涵盖了数据流量、联机装置数量、节能和频谱效率、低延迟，以及有保障的用户体验。

前述种种需求，将促成无线网络、装置和零件设计的破坏性创新，以便达到最终目标。事实上，5G是一项革命，而非演进(图1)，为了让5G技术能满足通讯产业的期望，5G网络和终端装置需进行基本的改变，主要变革如下：
全新网络架构

图1　5G网络并不是替换用的标准，而是革命性的提升。

5G网络的目标是要支持超过一千倍的数据流量，要支持超过一千倍的流量，网络致密化就是一种方式。

另一方面，为了有效支持行动性还有覆盖范围，大型基地台须搭配高密度小型基地台(Small Cell)一起运作，于是网络就会具有分层结构。5G的目标是要在任何地方都能提供有保障的用户体验，这代表不能出现像现在基地台边缘效能降低的情形(其原因是基地台边缘干扰)，因此网络架构会由传统的蜂巢式架构转向分层式、非蜂巢式架构。

新的无线接口

对5G来说，网络不只是用来连接人用装置和终端设备，还要连接具有通讯功能的机器，在线的机器数量可能会比人用装置更多，不过这时候机器对机器(M2M)通讯可能会很零星，且数据流量低，现有的蜂巢式网络透过用户和基地台之间专用的信令互动，确保用户的上行链路讯号传输达到同步，因此可以支持多用户存取。

另外，还有专用的资源分配程序，可以为每个用户分配网络资源，对于零散低数据流量的M2M通讯来说，同步信令以及资源分配程序的负担太大，也无法扩充到足以满足所支持的机器数量，总之，在5G网络中，质量需求大不相同的各种不同应用将会并存，因此需要新的无线界面才能有效率地支持所有应用。

新的终端设计

在5G网络中，终端装置会面对多种无线存取技术(RAT)，例如3G/4G/5G、802.11n或11ac等，这些装置将会更聪明，可决定要使用哪种无线存取技术来满足效能要求并降低功耗，终端装置的定位准确度会提高，因此对于其所在位置将会更灵敏有智慧，像是要选用哪种无线存取技术技术这种工作，就会运用位置信息来帮助装置作出明智的决定。

在5G网络中，装置将可以进行装置对装置(D2D)通讯，而不需要利用基地台进行数据传输，支持更多无线存取技术技术、增强定位功能和D2D，这代表终端装置会变得越来越复杂，因此需要更多整合式系统单芯片(SoC)设计，并提升功耗管理技术。

新的网络优化及用户体验衡量标准

5G已提出许多新的网络优化衡量标准，这对5G网络设计有深远的影响，新的衡量标准包括，在每个地方都能提供有保障的数据速率，其直接影响就是重新思考蜂巢式架构；特定区域支持的装置数量；能源效率；毫秒级端对端延迟等，对于使用5G网络的用户来说，他们将会体验到前所未有的全新服务质量，例如极低的服务延迟、每个地方都有公平且有保障的服务质量、以及大幅提升的电池使用时间等。

新的商业模式和新的应用

有了5G技术和网络之后，可能就会有新的商业模式。举例来说，有了低延迟、有保障的高速无线服务之后，电信业者可以把租赁无线存取链结当作一项业务。D2D还可以促成新的商业模式，电信业者和用户可以合作提供更好的本地数据交换服务。对5G网络来说，会有许多新的应用可以期待，例如无线远程机器控制、透过5G网络来强化虚拟现实、D2D及M2M应用等(图2)。

图2　可支持5G无线存取网络关键变革的关键技术