魏運(yùn)鋒，劉慶東，楊銳

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信大慶市分公司，大慶 163318）

5G標(biāo)準(zhǔn)及關(guān)鍵技術(shù)

魏運(yùn)鋒，劉慶東，楊銳

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信大慶市分公司，大慶 163318）

用戶需求數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及智能終端的普及，致使4G網(wǎng)絡(luò)在容量、速率、承載及頻譜等方面不能滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，因此，5G網(wǎng)絡(luò)伴隨歷史的潮流迎面而來(lái)。首先回顧移動(dòng)通信近年來(lái)的發(fā)展歷史，總結(jié)出符合應(yīng)用的5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括無(wú)線接入云、智能開(kāi)放的控制云、高效低成本的轉(zhuǎn)發(fā)云3個(gè)域，該架構(gòu)具有容量大、速率高、低延時(shí)的優(yōu)勢(shì)；其次在該構(gòu)架基礎(chǔ)上論述5G的四大潛在技術(shù)：覆蓋增強(qiáng)技術(shù)、頻效提升技術(shù)、頻譜擴(kuò)展技術(shù)及能效提升技術(shù)；最后總結(jié)5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，同時(shí)敘述了未來(lái)研究存在的挑戰(zhàn)。

5G；覆蓋增強(qiáng)；接入云

伴隨信息通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)商用部署的發(fā)展與進(jìn)步，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將面臨數(shù)據(jù)容量大幅度增長(zhǎng)，無(wú)線設(shè)備連接和用戶速率加快的需求，當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步影響著人們的日常生活，5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)無(wú)線、終端、業(yè)務(wù)及應(yīng)用場(chǎng)景等領(lǐng)域的進(jìn)一步創(chuàng)新與整合。5G網(wǎng)絡(luò)行業(yè)需求已經(jīng)由公眾用戶向行業(yè)用戶延伸，網(wǎng)絡(luò)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展?？偠灾?G網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足這些需求，5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)是歷史發(fā)展的必然結(jié)晶。

1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)初步設(shè)計(jì)

基于靈活的無(wú)線接入云、智能開(kāi)放的控制云、高效低成本的轉(zhuǎn)發(fā)云的5G新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新方向、新需求、新目標(biāo)。實(shí)際移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)大踏步前行的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)歷史進(jìn)程演變途徑，把5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展在滿足未來(lái)新業(yè)務(wù)和新場(chǎng)景需求的局部變化融入到全網(wǎng)變革的中間階段，與此同時(shí)，無(wú)線通信技術(shù)與IT技術(shù)的融合為核心網(wǎng)向無(wú)線接入網(wǎng)的延伸提供了新方向，最終形成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的整體演變。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的IMT-2020網(wǎng)絡(luò)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念在融合SDN、NFV和云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)向著自動(dòng)、智能、靈活、高效、穩(wěn)定的方向發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由靈活的無(wú)線接入云、智能開(kāi)放的控制云、高效低成本的轉(zhuǎn)發(fā)云3個(gè)域組成。接入云支持多種無(wú)線制式的接入，并能夠?qū)o(wú)線接入點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)控制，能適應(yīng)各種回傳鏈路，快速提高無(wú)線資源利用率，實(shí)現(xiàn)靈活高效多變的無(wú)線資源管理網(wǎng)絡(luò)；控制云實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的高效抽象及局部、全局的會(huì)話控制，可以屏蔽網(wǎng)絡(luò)底層技術(shù)細(xì)節(jié)構(gòu)建面向網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放接口，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)能力提升業(yè)務(wù)的部署效率；轉(zhuǎn)發(fā)云以硬件平臺(tái)作為屏障，集中的控制網(wǎng)絡(luò)資源與調(diào)配，能夠有效的提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的靈活性及穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)流高效傳輸。

2 關(guān)鍵技術(shù)

5G技術(shù)在4G的基礎(chǔ)上提升傳輸速率，同時(shí)具備低延時(shí)、低功耗、安全穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，所以此特點(diǎn)能更好為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用開(kāi)拓視野，如智慧醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)檢測(cè)等。5G網(wǎng)絡(luò)拉近人與人之間的距離，而且增強(qiáng)人與物、物與物之間的高速連接。在多平臺(tái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)超高速數(shù)據(jù)傳輸、低延時(shí)用戶感知，未來(lái)全新多方位的用戶體驗(yàn)呈現(xiàn)在使用者面前。

（1）虛擬導(dǎo)航：通過(guò)超高速數(shù)據(jù)用戶體驗(yàn)實(shí)時(shí)訪問(wèn)城市街道及大型場(chǎng)景建筑地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療：用戶可以根據(jù)5G低延時(shí)、高速特性在沒(méi)有醫(yī)療室高速行駛的列車上通過(guò)視頻通信獲取遠(yuǎn)端醫(yī)生的協(xié)助，及時(shí)解決用戶醫(yī)療難題。

（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)：“萬(wàn)物互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及邊緣地區(qū)的無(wú)縫覆蓋是5G網(wǎng)絡(luò)向信息科技展示自己能力的平臺(tái)，用戶可以實(shí)時(shí)通過(guò)手機(jī)監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)植物、祖國(guó)的大好河山、天氣變化情況等，掌握最新的環(huán)境數(shù)據(jù)，并時(shí)刻掌握最新的變化數(shù)據(jù)，為動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)變化做好處理。

（4）智慧農(nóng)業(yè)：農(nóng)民可以根據(jù)衛(wèi)星提供的高清圖片去觀察農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況，田間的病蟲(chóng)及旱澇數(shù)據(jù)，為提高農(nóng)作物的產(chǎn)量做好預(yù)案。

（5）應(yīng)急通信：偶然的自然災(zāi)害會(huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)的崩潰，標(biāo)準(zhǔn)5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架組網(wǎng)扁平化，恢復(fù)及維護(hù)比較容易，通信系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)即可恢復(fù)工作。

所以快速推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已成為社會(huì)科技及通信發(fā)展的必然趨勢(shì)，下面將對(duì)5G的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深度解析。

由式（1）可以看出提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素在于增加覆蓋、增加信道、增加帶寬及增加SINR，而其中超密異構(gòu)組網(wǎng)D2D和M2M是覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的集中體現(xiàn)；大規(guī)模天線、FBMC及空間調(diào)制是頻率提升技術(shù)的總體驗(yàn)證；認(rèn)知無(wú)線電、毫米波、可見(jiàn)光是頻譜擴(kuò)展技術(shù)的集中體現(xiàn)；綠色通信干擾管理是能效提升技術(shù)的升華。多址技術(shù)、用戶調(diào)度、資源分配、用戶/網(wǎng)絡(luò)協(xié)作，一同伴隨5G網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)與應(yīng)用。

2.1 覆蓋增強(qiáng)技術(shù)

覆蓋增強(qiáng)技術(shù)由密集異構(gòu)組網(wǎng)及中心式云后臺(tái)共同組成。

密集異構(gòu)組網(wǎng)：根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從第1代通信技術(shù)到第4代通信技術(shù)，通過(guò)減小小區(qū)半徑的方式提高頻譜效率的增益是通過(guò)語(yǔ)音編碼技術(shù)，調(diào)制技術(shù)的270倍以上。由此可見(jiàn)，縮小小區(qū)半徑，以頻譜資源的空間復(fù)用，提高頻譜效率是未來(lái)通信發(fā)展，提高業(yè)務(wù)量的核心技術(shù)之一。以往的通信技術(shù)減小小區(qū)半徑是通過(guò)分裂的方式完成的，但伴隨小區(qū)的覆蓋范圍的減小，最優(yōu)的站點(diǎn)位置無(wú)法得到便無(wú)法進(jìn)行下一步分裂。在5G的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，利用宏站和低功率小型基站進(jìn)行覆蓋，包括4G、Wi-Fi、LTE等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)增加站點(diǎn)密度減少節(jié)點(diǎn)間的距離，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離終端更近，令頻譜效率以及系統(tǒng)容量得到大幅度的提升。

中心式云后臺(tái)：云服務(wù)是建立安全、可靠的運(yùn)營(yíng)商支持基礎(chǔ)上，而且需要有豐富的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)才能被允許進(jìn)入到中心式云后臺(tái)，并在中心式云后臺(tái)運(yùn)用統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)去營(yíng)造增值服務(wù)，因此可以使用戶終端獲得更多的及時(shí)應(yīng)用時(shí)間，從而有效的利用5G網(wǎng)絡(luò)。安全性方面的性能，可以利用量子密碼學(xué)進(jìn)行云控制計(jì)算實(shí)現(xiàn)。中心式云后臺(tái)可以有效的避免不必要的資源浪費(fèi)，并且可以降低物理層面的存儲(chǔ)支出，有效縮減第三方的存儲(chǔ)器代理提供的費(fèi)用。

2.2 頻效提升技術(shù)

2．2．1 大規(guī)模天線

MIMO技術(shù)可以在接收端及發(fā)送端使用多個(gè)天線進(jìn)行接收和發(fā)送，大規(guī)模的增加天線數(shù)量(幾十到幾百根)，則可在不增加頻譜資源或總功率耗損的條件下提高信道容量、吞吐量及傳送距離，從而改善通信質(zhì)量。大規(guī)模MIMO應(yīng)用在移動(dòng)通信中，使用線性預(yù)編碼及檢測(cè)方法，有效的降低噪聲和快速衰落對(duì)系統(tǒng)傳輸?shù)挠绊懀M(jìn)而減小區(qū)內(nèi)干擾度。使得此技術(shù)近幾年頗受矚目。MIMO陣列分布覆蓋圖如圖2所示。

圖2 陣列分布覆蓋圖

大規(guī)模MIMO技術(shù)由于在節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展及部署和框架方面具有推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的獨(dú)特潛力。

（1）可利用節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展技術(shù)：4G通信網(wǎng)絡(luò)方位定向天線的空間限制因素及在傳播時(shí)角度不定向擴(kuò)散是不可避免的，在擴(kuò)展等級(jí)上存在明顯的弊端。然而，大規(guī)模MIMO中基站天數(shù)的數(shù)量陣列沒(méi)有空間時(shí)域限制，并且上行導(dǎo)頻采用的是時(shí)分雙工進(jìn)行的信度估計(jì)，推動(dòng)5G大踏步前進(jìn)。

（2）產(chǎn)生新形式的部署和框架。人類在利用技術(shù)征服世界，可以設(shè)想利用低增益諧振天線陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的宏站，在高層樓的表面或是在高架橋的外壁部署天線陣列。

2．2．2 新型傳輸波形

（1）OFDM傳輸波形技術(shù)：OFDM是當(dāng)前Wi-Fi和LTE標(biāo)準(zhǔn)中的高速無(wú)線通信的主要傳信模式，與傳統(tǒng)的FDM模式相比，頻譜利用率提升接近1倍，而且具有抗頻率選擇性衰落，并可充分的利用FFT/IFFT模塊，實(shí)現(xiàn)容易、易操作。OFDM仍然是未來(lái)5G的關(guān)鍵傳輸波形技術(shù)，但是其性能參數(shù)等有待優(yōu)化提高。

（2）濾波器組多載波：5G提出不同場(chǎng)景使用不同技術(shù)滿足不同的需求，濾波器組多載波技術(shù)對(duì)物理頻譜利用率高，適合應(yīng)用在不同頻譜共享的場(chǎng)景。并且傳統(tǒng)OFDM不能嚴(yán)格同步相鄰載波，會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，然而濾波器組多載波能夠時(shí)間同步，進(jìn)而減小載波間的相互干擾，在性能方面大大改善信道的性能。

2．2．3 非正交多址接入

5G網(wǎng)絡(luò)在頻譜效率和鏈接用戶數(shù)方面需要有個(gè)新的提升等級(jí)，且是一個(gè)高速轉(zhuǎn)、超寬帶、低時(shí)延統(tǒng)一穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，然而非正交多址接入技術(shù)新增功率域，可以滿足每個(gè)用戶不同的路徑損耗實(shí)現(xiàn)復(fù)用。非正交多址接入技術(shù)（NOMA）把功率域由傳統(tǒng)的單用戶改為多用戶共享，并把無(wú)線接入能量提升50%，因此NOMA是5G的關(guān)鍵技術(shù)，并在5G應(yīng)用中占有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

在功率域復(fù)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)過(guò)用戶共享，需要消除持續(xù)干擾并在接收端加一個(gè)SIC，通過(guò)消除干擾器及信道編碼技術(shù)接收端可以識(shí)別出來(lái)不同的用戶信息。UE接收端利用SIC的NOMA基本原理如圖3所示。

圖3 UE接收端利用SIC原理

NOMA在進(jìn)行多路發(fā)射信號(hào)疊加時(shí)利用不同路徑損耗差異識(shí)別，有效提高信號(hào)增益。優(yōu)勢(shì)在于可以使同一扇區(qū)范圍內(nèi)的移動(dòng)通信設(shè)備獲得最大的可接入帶寬，可以有效緩解大批量的網(wǎng)絡(luò)連接挑戰(zhàn)。另外NOMA不需要信道狀態(tài)信息，可在高速移動(dòng)場(chǎng)景下獲得最佳的性能，并且能夠快速有效的組建移動(dòng)節(jié)點(diǎn)回程鏈路。

圖4 空間調(diào)制系統(tǒng)

2．2．4 先進(jìn)調(diào)制編碼

目前4G的調(diào)制編碼技術(shù)主要是比特交織編碼調(diào)制的MIMO OFDM技術(shù)，為了將來(lái)在有限的通信資源基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更高層次的吞吐量、高頻譜利用率及高服務(wù)高運(yùn)轉(zhuǎn)速度的無(wú)線傳輸，所以5G迫切的需要通信工作者探究更高頻譜利用率的調(diào)制編碼技術(shù)。

空間調(diào)制：在傳統(tǒng)的二位映射基礎(chǔ)上延伸至三維映射中去，并以天線實(shí)際的物理位置定位為依據(jù)來(lái)攜帶部分發(fā)送信息，以此提高頻譜效率；通過(guò)調(diào)整天線的工作狀態(tài)，保持每時(shí)隙一根天線工作，這樣避免信道之間的相互干擾及同步發(fā)射問(wèn)題，系統(tǒng)也只有一條射頻鏈路，有效的降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益?？臻g調(diào)制系統(tǒng)圖如圖4所示。

頻率正交幅度調(diào)制：未來(lái)5G可以利用頻移鍵控（FSK）與正交幅度調(diào)制（QAM）相結(jié)合的方式來(lái)提高頻譜的利用效率。此技術(shù)方式可以在多小區(qū)的下行鏈路中有效的提高邊緣用戶的通信質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)通話質(zhì)量有效優(yōu)化。并可以實(shí)時(shí)改變干擾的分布統(tǒng)計(jì)用以對(duì)干擾消除。

2.3 頻譜擴(kuò)展技術(shù)

頻譜擴(kuò)展技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)之一和一種新的通信體系，不僅在無(wú)線局域網(wǎng)及航空航天廣泛應(yīng)用、而且在未來(lái)5G移動(dòng)通信中占有一席之地，因?yàn)榫哂锌煽啃?、抗干擾能力強(qiáng)、多址能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是科技與人類發(fā)展新興技術(shù)的產(chǎn)物。認(rèn)知無(wú)線電、毫米波、可見(jiàn)光是頻譜擴(kuò)展技術(shù)的集中體現(xiàn)。

2．3．1 認(rèn)知無(wú)線電

認(rèn)知無(wú)線電是伴隨移動(dòng)通信領(lǐng)域快速發(fā)展的無(wú)線電通信頻譜利用率的新技術(shù)，認(rèn)知功能的無(wú)線通信有效地利用時(shí)間和空間上的空閑頻譜資源來(lái)提供無(wú)線通信服務(wù)，全動(dòng)態(tài)充分利用“頻譜空穴”，并在此資源基礎(chǔ)上利用空間、時(shí)間適時(shí)調(diào)整功率、頻率、調(diào)制及其它動(dòng)態(tài)參數(shù)獲取最佳的頻帶利用效果。

6 GHz以下頻段的使用率不足10%，事實(shí)證明6 GHz以下頻段加以開(kāi)發(fā)在利用率上有提升空間。通信領(lǐng)域提高頻譜利用將會(huì)帶來(lái)資源的經(jīng)濟(jì)性，所以5G采用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)。具體認(rèn)知無(wú)線電結(jié)構(gòu)流程圖如圖5所示。

圖5 認(rèn)知無(wú)線電流程

認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)用在5G通信領(lǐng)域?qū)l(fā)揮如下優(yōu)勢(shì)。

（1）分析感知特定頻段并進(jìn)行頻譜資源檢測(cè)。

（2）信道狀態(tài)值及信道容量飽和度檢測(cè)。

（3）功率控制及動(dòng)態(tài)頻譜管理檢測(cè)。

2．3．2 毫米波

通信技術(shù)的發(fā)展微波頻段已飽和，開(kāi)發(fā)高頻段帶寬資源是5G趨勢(shì)技術(shù)，采用毫米波通信能夠很有效的緩解頻譜資源緊張的狀態(tài)也可以提升通信容量。由于5G的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，毫米波具有波束集中，提高能效；方向性好，受干擾影響小；波束窄的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力提高通信的可靠性，并且空氣對(duì)毫米波的吸收，減小鄰間干擾。

毫米波在短距離通信中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且可為移動(dòng)通信提供Backhaul鏈路；移動(dòng)通信領(lǐng)域中毫米波通信已經(jīng)達(dá)到10Gbit/s以上的傳輸速率；根據(jù)技術(shù)的發(fā)展可預(yù)知，毫米波通信速率必然快于光纖速率，未來(lái)成為通信的主流。

2．3．3 可見(jiàn)光通信

移動(dòng)通信用戶量急劇攀升及視頻多媒體的介入導(dǎo)致頻譜資源極度緊張，光載無(wú)線技術(shù)有待完善，拓寬頻譜的資源綠色節(jié)能的可見(jiàn)光通信應(yīng)運(yùn)而生?？梢?jiàn)光通信具有廣泛性、高速率性、寬頻譜、低成本、高保密性、實(shí)用性等特點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等領(lǐng)域獲得廣泛認(rèn)同新技術(shù)，其應(yīng)用滲透到航空、軍事、地鐵、通信等領(lǐng)域，并在未來(lái)5G通信中占有一席之地。

圖6 可見(jiàn)光通信

在5G發(fā)展技術(shù)進(jìn)程中，可見(jiàn)光通信主要應(yīng)用在室內(nèi)短距離通信及互聯(lián)網(wǎng)通信中，因?yàn)榭梢?jiàn)光譜是無(wú)線光譜帶寬的數(shù)倍，可以明顯的改善室內(nèi)通信的傳輸速率。且信號(hào)源簡(jiǎn)單便捷LED，經(jīng)濟(jì)性能好；傳輸速率快可靠性能強(qiáng)；在照明的同時(shí)提供通信。

2.4 能效提升技術(shù)

發(fā)電廠釋放出來(lái)的能量有損耗到達(dá)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)只能保存93.9%的能量值，再由基站系統(tǒng)通過(guò)基站設(shè)備和空調(diào)等進(jìn)一步損耗只剩68.5%，基站主設(shè)備由信號(hào)處理、功放及電源消耗只保留原能量的38%，最終由發(fā)射塔發(fā)射的能量只有原能量的2%，所以提高能效勢(shì)在必行。其中多域協(xié)同無(wú)線資源管理是提高能效的重要組成部分。

多域協(xié)同無(wú)線資源管理：業(yè)務(wù)域話音、非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、多媒體及廣播和用戶域協(xié)同合作利用，并在充分配合碼域、時(shí)域、空域、頻域及能量域的資源域共同完成多域協(xié)同資源的管理。便可以將傳統(tǒng)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多約束、多時(shí)變、多維度問(wèn)題，挖掘協(xié)同潛力的同時(shí)從根本上提高頻譜效率，通過(guò)資源、業(yè)務(wù)及用戶技術(shù)多域協(xié)同，有效解決多用戶高效可靠共享資源的問(wèn)題，進(jìn)而提升系統(tǒng)的容量達(dá)到能效提升。

多域協(xié)同表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)資源與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)用戶及業(yè)務(wù)需求自適應(yīng)調(diào)控協(xié)同：在業(yè)務(wù)分布層次體現(xiàn)時(shí)間與空間的非均勻分布自適應(yīng)，單播、多播、廣播凝聚自適應(yīng)業(yè)務(wù)的精華特征，實(shí)時(shí)及非實(shí)時(shí)是自適應(yīng)服務(wù)質(zhì)量需求的延續(xù)。多協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)跨層資源的聯(lián)合調(diào)度，有效的提升資源利用率；并在跨網(wǎng)優(yōu)化中實(shí)現(xiàn)協(xié)同通信，促進(jìn)交流、增加合作，跨網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化配置。

3 關(guān)鍵技術(shù)適用的場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)

在連續(xù)廣域覆蓋場(chǎng)景、高層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)景、移動(dòng)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)場(chǎng)景、深度覆蓋場(chǎng)景、低時(shí)延高可靠場(chǎng)景及低功耗大連接場(chǎng)景，5G關(guān)鍵技術(shù)有很高的部署優(yōu)勢(shì)。

（1）覆蓋增強(qiáng)技術(shù)在連續(xù)廣域覆蓋場(chǎng)景具有部署優(yōu)勢(shì)：廣域覆蓋通信場(chǎng)景以保證用戶的移動(dòng)性、業(yè)務(wù)連續(xù)性、穩(wěn)定安全性為目標(biāo)，提供100Mbit/s以上無(wú)縫的高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)，發(fā)揮覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)。

（2）頻效提升技術(shù)在高層場(chǎng)景、移動(dòng)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)場(chǎng)景及深度覆蓋場(chǎng)景具有部署優(yōu)勢(shì)：利用Massive MIMO垂直維度對(duì)高層樓宇做覆蓋，可以有效減少干擾和導(dǎo)頻污染。并且可以充分利用多窄波束進(jìn)行空分復(fù)用提高單小區(qū)容量，為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率（1 Gbit/s），滿足網(wǎng)絡(luò)極高的流量密度（數(shù)十Tbit/s/km2）需求。同時(shí)在深度覆蓋場(chǎng)景中利用精確波束賦形更窄波束可有效進(jìn)行深度覆蓋，增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度減少信號(hào)之間的相互干擾，有效提升高端用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

（3）頻譜擴(kuò)展技術(shù)在低時(shí)延高可靠場(chǎng)景中具有部署優(yōu)勢(shì)：面向車聯(lián)網(wǎng)、大型工業(yè)控制、智能農(nóng)業(yè)等垂直行業(yè)的極端性能要求，為用戶提供端到端毫秒級(jí)延時(shí)或是提供100%工業(yè)穩(wěn)定性能保證要求。

（4）能效提升技術(shù)低功耗大連接場(chǎng)景中具有部署優(yōu)勢(shì)：主要面向物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等大量終端應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)設(shè)備的鏈接提出極高的要求，在滿足鏈接數(shù)量密度指標(biāo)要求下，有效保證終端的超低速和低成本。

后續(xù)關(guān)鍵技術(shù)在解決部分技術(shù)問(wèn)題基礎(chǔ)上，也可在高速、高鐵等特殊場(chǎng)景進(jìn)行完善覆蓋。

5G關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前仍處于前期研討和小規(guī)模試驗(yàn)階段，面對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的升級(jí)改造能夠解決部分網(wǎng)絡(luò)覆蓋及容量問(wèn)題，但是在功耗穩(wěn)定、信道測(cè)量、參考信號(hào)的預(yù)設(shè)、陣列部署設(shè)計(jì)、低成本實(shí)現(xiàn)、高低頻硬件選型等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)還沒(méi)有有效的改進(jìn)。因此，后續(xù)的5G關(guān)鍵技術(shù)研究有待進(jìn)一步提高，向全新的網(wǎng)絡(luò)框架及新型無(wú)線傳輸設(shè)計(jì)等方向演進(jìn)。

4 結(jié)論

本文首先研究了5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，在總體架構(gòu)的基礎(chǔ)上運(yùn)用潛在的覆蓋增強(qiáng)技術(shù)、頻效提升技術(shù)、頻譜擴(kuò)展技術(shù)及能效提升技術(shù)，進(jìn)而有效的提升5G網(wǎng)絡(luò)的速率、容量及延時(shí)問(wèn)題。其次，簡(jiǎn)要描述了四大關(guān)鍵技術(shù)的已有研究成果和未來(lái)存在的挑戰(zhàn)，具體研究有待后續(xù)加強(qiáng)。最后驗(yàn)證5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及四大關(guān)鍵技術(shù)為未來(lái)5G的發(fā)展提供明確的方向。

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Research on key technology of 5G

WEI Yun-feng, LIU Qing-dong, YANG Rui
(China United Network Communications Daqing Branch, Daqing 163318, China)

The popularity of user demand for data services and intelligent terminal, resulting in 4G network in capacity, speed, load spectrum and etc. can not meet people's demand on the network. Therefore, 5G network along with the tide of history the oncoming. Begins with a review of the development history of mobile communication in recent years, summed up in line with the application of 5G network structure, including wireless access cloud, intelligent open cloud control, high effi ciency and low cost of forwarding cloud three domains, the modifi ed architecture has large capacity, high rate, low latency advantage; second again mechanism on the basis of discussing 5G of four potential technology: coverage enhancement technique, frequency effect lifting technology, spread spectrum technology and energy effi ciency promotion technology, at last, summarize the advantages of 5G technology are described, and future research challenges.

5G; coverage enhancement; access cloud

TN915

A

1008-5599（2016）12-0055-06

2016-10-24