特約撰稿人|侯曉靜 康宇 郭慶 劉媛媛

根據(jù)5G技術(shù)的發(fā)展走向，未來(lái)的5G技術(shù)應(yīng)該可以兼容2G、3G、4G中所有的通信協(xié)議，并且還要在現(xiàn)有接入技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成多種新型接入技術(shù)，形成真正的無(wú)縫融合網(wǎng)絡(luò)。

追溯通信系統(tǒng)的發(fā)展，從1G到目前商用的4G，接入網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提升了近一萬(wàn)倍，其演進(jìn)過(guò)程有跡可循。4G的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基于IP可以支持不同的接入技術(shù)，如OFDM、MIMO、軟件無(wú)線電、智能天線等核心業(yè)務(wù)保證了4G用戶在各種網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)速率、可靠性和節(jié)能等要求。移動(dòng)通信技術(shù)更快的速度和更高的安全性給用戶帶來(lái)了優(yōu)質(zhì)的通信體驗(yàn)，而隨著用戶需求飛速膨脹，移動(dòng)通信技術(shù)也在不斷地更新?lián)Q代。

1000倍！振奮行業(yè)上下

近幾年，全球4G建設(shè)部署方興未艾，5G便隨著接入網(wǎng)在不同通信系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)傳輸速率新型技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究開(kāi)發(fā)在全球開(kāi)啟大幕。IMT-Advanced（international mobiletelecommunicationsadvanced）提出，5G在提高接入速率和連接能力、降低時(shí)延等方面會(huì)提升不止一個(gè)臺(tái)階，其網(wǎng)絡(luò)承載力將是4G的1000倍。

1000倍的數(shù)字振奮行業(yè)上下。三星提出未來(lái)5G系統(tǒng)的上下行峰值速率能夠達(dá)到50 Gbit/s和25 Gbit/s，小區(qū)頻譜效率提升到10 bit/s/Hz，端到端時(shí)延降低到1 ms，而且用戶速率、移動(dòng)性、能量效率和業(yè)務(wù)流量等性能指標(biāo)也會(huì)比4G時(shí)期更加優(yōu)化。

華為也指出，在速率方面，5G依賴超容量的帶寬，短距離傳輸速率將達(dá)到10 Gbit/s，是4G的100倍；在應(yīng)用方面，要構(gòu)建1000億海量連接世界。5G技術(shù)可以拓展到90 GHz的頻譜，大大釋放頻譜資源。

另外，中興提出，5G能實(shí)現(xiàn)“人與人”、“人與物”及“物與物”之間無(wú)縫高速連接。5G網(wǎng)絡(luò)不僅要提升速度，更應(yīng)該著重建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)社會(huì)，這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠以低成本、多樣化的服務(wù)來(lái)支持龐大的數(shù)據(jù)流量。不斷發(fā)展的通信技術(shù)是擁有更高速率和更好用戶體驗(yàn)的5G系統(tǒng)的核心支撐力，為其奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5G設(shè)計(jì)框架復(fù)雜愿景是“柔性、綠色、極速”

5G設(shè)計(jì)框架包含了愿景、場(chǎng)景、能力、設(shè)計(jì)理念、核心技術(shù)、測(cè)試評(píng)估和5G方案等多個(gè)要素。網(wǎng)絡(luò)愿景是“柔性、綠色、極速”，目標(biāo)場(chǎng)景是eMBB、mMTC和uRLLC，包括移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)以及其他具體場(chǎng)景。

為實(shí)現(xiàn)愿景和場(chǎng)景目標(biāo)，5G設(shè)計(jì)理念從香農(nóng)理論再思考、蜂窩再思考、信令控制再思考、天線再思考、頻譜空口再思考，到前傳再思考和協(xié)議棧再思考，全面定義5G設(shè)計(jì)原則。

基于這些理念，UCN和SDAI兩個(gè)核心概念被明確作為5G系統(tǒng)解決方案的基礎(chǔ)，這里UCN通過(guò)RAN架構(gòu)和功能重定義，嘗試提供一個(gè)擁有公共的高層協(xié)議的統(tǒng)一的無(wú)線接入架構(gòu)，而SDAI通過(guò)空口不同功能模塊的重定義，提供一個(gè)具備面向各種差異化業(yè)務(wù)和場(chǎng)景的定制能力的統(tǒng)一空口。

UCN和SDAI中關(guān)鍵使能技術(shù)的性能將被評(píng)估和測(cè)試，同時(shí)考慮頻譜策略和測(cè)試測(cè)量技術(shù)，以驗(yàn)證技術(shù)UCN和SDAI的5G解決方案是否能達(dá)到5G能力目標(biāo)，這是一個(gè)閉環(huán)設(shè)計(jì)過(guò)程。5G設(shè)計(jì)框架如圖所示。

5G擁有六大關(guān)鍵技術(shù)

●高頻段傳輸

移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分擁擠，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。

高頻段在移動(dòng)通信中的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)界對(duì)此高度關(guān)注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動(dòng)通信的主要優(yōu)點(diǎn)，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)。射頻器件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題也有待進(jìn)一步研究和解決。

監(jiān)測(cè)中心目前正在積極開(kāi)展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。

●新型多天線傳輸

多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源，從二維（2D）到三維（3D），從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。

由于引入了有源天線陣列，基站側(cè)可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達(dá)到128根。此外，原來(lái)的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術(shù)，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結(jié)合高頻段毫米波技術(shù)，將進(jìn)一步改善無(wú)線信號(hào)覆蓋性能。

目前研究人員正在針對(duì)大規(guī)模天線信道測(cè)量與建模、陣列設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)、導(dǎo)頻信道、碼本及反饋機(jī)制等問(wèn)題進(jìn)行研究，未來(lái)將支持更多的用戶空分多址（SDMA），顯著降低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，提升覆蓋能力。

●同時(shí)同頻全雙工

最近幾年，同時(shí)同頻全雙工技術(shù)吸引了業(yè)界的注意力。利用該技術(shù)，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。

全雙工技術(shù)能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術(shù)需要具備極高的干擾消除能力，這對(duì)干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問(wèn)題。在多天線及組網(wǎng)場(chǎng)景下，全雙工技術(shù)的應(yīng)用難度更大。

●D2D

傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式是以基站為中心實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無(wú)法移動(dòng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務(wù)提供方式已無(wú)法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求。

D2D技術(shù)無(wú)需借助基站的幫助就能夠?qū)崿F(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時(shí)延和較低的功耗；通過(guò)廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。

目前，D2D采用廣播、組播和單播技術(shù)方案，未來(lái)將發(fā)展其增強(qiáng)技術(shù)，包括基于D2D的中繼技術(shù)、多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等。

●密集網(wǎng)絡(luò)

圖 5G設(shè)計(jì)框架

在未來(lái)的5G通信中，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。未來(lái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實(shí)現(xiàn)未來(lái)5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來(lái)，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)100個(gè)以上。

與此同時(shí)，愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長(zhǎng)的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點(diǎn)。

●新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前，LTE接入網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)，減小了系統(tǒng)時(shí)延，降低了建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。未來(lái)5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無(wú)線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的綠色無(wú)線接入網(wǎng)構(gòu)架。

C-RAN的基本思想是通過(guò)充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無(wú)線信號(hào)，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無(wú)線接入系統(tǒng)。C-RAN架構(gòu)適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù)，減少運(yùn)營(yíng)支出。

目前的研究?jī)?nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等。全面建設(shè)面向5G的技術(shù)測(cè)試評(píng)估平臺(tái)能夠?yàn)?G技術(shù)提供高效客觀的評(píng)估機(jī)制，有利于加速5G研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。5G測(cè)試評(píng)估平臺(tái)將在現(xiàn)有認(rèn)證體系要求的基礎(chǔ)上平滑演進(jìn)，從而加速測(cè)試平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化，有利于我國(guó)參與未來(lái)國(guó)際5G認(rèn)證體系，為5G技術(shù)的發(fā)展搭建騰飛的橋梁。

5G有望實(shí)現(xiàn)無(wú)縫融合

5G作為未來(lái)通信發(fā)展的趨勢(shì)，要應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的需求，不僅要?jiǎng)?chuàng)新，還要有極強(qiáng)的兼容性。根據(jù)5G技術(shù)的發(fā)展走向，未來(lái)的5G技術(shù)應(yīng)該可以兼容2G、3G、4G中所有的通信協(xié)議，并且在現(xiàn)有接入技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成多種新型接入技術(shù)，形成真正的無(wú)縫融合網(wǎng)絡(luò)。

因此，在5G時(shí)代，全球?qū)⒂型灿靡粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)未來(lái)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，這種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)疑是錦上添花。5G系統(tǒng)的演進(jìn)和技術(shù)的創(chuàng)新，將會(huì)促使它逐漸走向智能化和虛擬化，從而帶給公眾一個(gè)更加人性化和方便的高速通信時(shí)代。