丁麗萍 杜文俊

摘 要： 隨著全球范圍內(nèi)第五代移動(dòng)通信（5G）的逐步發(fā)展，5G的各種應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵能力使得現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)面臨的問題日益凸顯，而空口技術(shù)為通信網(wǎng)絡(luò)帶來體制性變革的技術(shù)可行性的同時(shí)也提供了全新的運(yùn)營觀念和模式。

1概述

1.1 第5代移動(dòng)通信基本要求

從目前來看，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IoT）將成為未來移動(dòng)通信發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，并給移動(dòng)通信帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)。5G將滿足人們?cè)谏?、工作和交通等各種區(qū)域的多樣化業(yè)務(wù)需求，與此同時(shí)，5G還將滲透到物聯(lián)網(wǎng)及各種行業(yè)領(lǐng)域，與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等深度融合，有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的多樣化業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。為此，各界達(dá)成共識(shí)的5G基本要求如下：1）傳輸速率要求：a. 10Gbit/s峰值速率；b. 10-100Mbit/s的用戶體驗(yàn)速率。2）連接與流量器件數(shù)：a. 100倍的連接器件數(shù)；b. 1000倍的流量增長(zhǎng)。3）時(shí)延和可靠性要求：a. 用戶面和控制面時(shí)延相對(duì)4G縮短為1/5-1/10；b. 更高的安全可靠性。4）能耗和成本要求：a. 網(wǎng)絡(luò)綜合能效提升1000倍；b. 綜合成本持續(xù)下降。

1.2 全球5G研發(fā)推進(jìn)概況

目前，世界上主要標(biāo)準(zhǔn)化組織、國家和公司都在大力研發(fā)和發(fā)展5G技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)系統(tǒng)。我國5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)在政府的領(lǐng)導(dǎo)下，依托國家科技重大專項(xiàng)，由IMT-2020（5G）推進(jìn)組負(fù)責(zé)實(shí)施。在5G即將進(jìn)入國際標(biāo)準(zhǔn)研究的關(guān)鍵時(shí)期，我國啟動(dòng)5G研發(fā)技術(shù)試驗(yàn)，搭建開放的研發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)，將有力推動(dòng)全球5G統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的形成，促進(jìn)5G技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為我國2020年啟動(dòng)5G商用奠定良好基礎(chǔ)。歐洲在5G研發(fā)方面與日本、中國、美國等地區(qū)的相關(guān)組織簽訂了相關(guān)協(xié)議，目標(biāo)是形成全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)調(diào)全球的頻率，這一工作將使全球的互操作最大化、經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大化；據(jù)估計(jì)歐盟的5G網(wǎng)絡(luò)將在2020年～2025年之間投入運(yùn)營。美國方面，由美國通信運(yùn)營商和移動(dòng)通信設(shè)備制造商組成的業(yè)內(nèi)團(tuán)體-4G Americas于2016年2月12日宣布更名為“5G Americas”。開展的活動(dòng)包括支持向5G演進(jìn)的第三代合作伙伴計(jì)劃，在美洲開展LTE通信及5G推廣活動(dòng)。日本成立5G移動(dòng)推進(jìn)論壇（5GMF）、韓國成立5G論壇來推動(dòng)5G的研究。

1.3 5G空口技術(shù)框架

5G空中接口技術(shù)框架應(yīng)當(dāng)具有統(tǒng)一、靈活、可配置的技術(shù)特性。面對(duì)不同場(chǎng)景差異化的性能需求，客觀上需要專門設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)方案。然而，從標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化角度考慮，結(jié)合5G新空口和4G演進(jìn)兩條技術(shù)線路的特點(diǎn)，5G應(yīng)盡可能基于統(tǒng)一的技術(shù)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)不同場(chǎng)景的技術(shù)需求，通過關(guān)鍵技術(shù)和參數(shù)的靈活配置形成相應(yīng)的優(yōu)化技術(shù)方案。

根據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能模塊劃分，5G空中接口技術(shù)框架包括幀結(jié)構(gòu)、雙工、波形、多址、調(diào)制編碼、天線、協(xié)議等基礎(chǔ)技術(shù)模塊，通過最大可能地整合共性技術(shù)內(nèi)容，從而達(dá)到“靈活但不復(fù)雜”的目的，各模塊之間可相互銜接，協(xié)同工作。根據(jù)不同場(chǎng)景的技術(shù)需求，對(duì)各技術(shù)模塊進(jìn)行優(yōu)化配置，形成相應(yīng)的空中接口技術(shù)方案。

5G空中接口技術(shù)框架可針對(duì)具體場(chǎng)景、性能需求、可用頻段、設(shè)備能力和成本等情況，按需選取最優(yōu)化技術(shù)組合并優(yōu)化參數(shù)配置，形成相應(yīng)的空中接口技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景及業(yè)務(wù)的“量體裁衣”，并能夠有效應(yīng)對(duì)未來可能出現(xiàn)的新場(chǎng)景和新業(yè)務(wù)需求，從而實(shí)現(xiàn)“前向兼容”。

25G專利情況分析

2.1國內(nèi)外申請(qǐng)量

在空口多址技術(shù)中，非正交多址接入技術(shù)NOMA的申請(qǐng)量最大，NOMA雖然在某些方面依然采用了4G的技術(shù)，如NOMA的子信道傳輸依然采用OFDM技術(shù)。但同時(shí)也引入了一些新的技術(shù)，如：SIC技術(shù)，功率域復(fù)用技術(shù)，并且提高了系統(tǒng)的魯棒性。這些技術(shù)都使得NOMA在保證移動(dòng)業(yè)務(wù)速率的前提下，極大的提高了頻譜的利用率。

在多載波技術(shù)中，濾波器組多載波技術(shù)FBMC的申請(qǐng)量最大，作為通用濾波OFDM的UFMC技術(shù)和廣義頻分復(fù)用傳輸GFDM技術(shù)的申請(qǐng)量都不是很大。FBMC在1960s被首次研究，使用濾波器組對(duì)多載波信號(hào)進(jìn)行綜合和分析。盡管FBMC的技術(shù)復(fù)雜度高于OFDM，但隨著人們對(duì)高可靠、高速度通信需求的增加，以及頻譜資源受限和傳輸環(huán)境復(fù)雜等通信瓶頸問題日益凸顯，以及信號(hào)處理和電子設(shè)備的顯著進(jìn)步，F(xiàn)BMC再次引起了研究者們的關(guān)注。

2.2重點(diǎn)申請(qǐng)人

關(guān)于空口多址技術(shù)中，NTT DOCOMO公司的申請(qǐng)量最多，因?yàn)榉钦欢嘀方尤耄∟OMA）技術(shù)在2014年9月由日本著名通信營研發(fā)商N(yùn)TT DOCOMO正式提出，因此，該公司的申請(qǐng)量大是很正常的。關(guān)于多載波技術(shù)，華為公司獨(dú)樹一幟，申請(qǐng)量最大。作為在中國的通信領(lǐng)域發(fā)展最快的廠家，華為公司也在新型多址多載波技術(shù)領(lǐng)域做出了極大的貢獻(xiàn)。對(duì)于在5G面向2020年以后移動(dòng)通信需求和發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，對(duì)多址多載波傳輸技術(shù)提出了更加苛刻的要求。

3結(jié)語

通過對(duì)多址多載波技術(shù)的專利申請(qǐng)情況的反響，從總體的專利申請(qǐng)情況來看，中國申請(qǐng)量不論是在多址技術(shù)還是多載波技術(shù)中都是遙遙領(lǐng)先，結(jié)合重點(diǎn)申請(qǐng)人的分布可以看出，華為公司在5G系統(tǒng)中的空口技術(shù)中的研究仍然處于前沿位置。提高多址接入效率的多址技術(shù)受到香農(nóng)定理的限制，所以5G提高多址接入效率或提高萬物接入的高多址接入率，不僅可以多址接入技術(shù)，還可以考慮更高的頻譜、更大的傳輸帶寬等條件。

最后，通過本文的分析，可知多址多載波技術(shù)作為5G通信系統(tǒng)中最基礎(chǔ)也最核心的技術(shù)，使用何種特點(diǎn)的技術(shù)，是本領(lǐng)域的通信運(yùn)營商所要考慮和決定的事情。要滿足5G通信系統(tǒng)中傳輸速率要求、連接與流量器件數(shù)、時(shí)延和可靠性要求以及能耗和成本要求，則需要結(jié)合多址多載波技術(shù)的各自的特點(diǎn)來考量和決定。

參考文獻(xiàn)

[1] IMT-2020， 5G概念白皮書，2015年12月.

[2] IMT-2020， 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)白皮書，2015年5月.

[3] 謝顯中，第5代移動(dòng)通信基本要求與新型多址復(fù)用技術(shù)，自然科學(xué)報(bào)，2015年8月.