馮 巖

（國(guó)家無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

2013年12月4日，我國(guó)第四代移動(dòng)通信（4G）牌照發(fā)放，4G技術(shù)正式走向商用。與此同時(shí)，面向下一代移動(dòng)通信需求的第五代移動(dòng)通信（5G）的研發(fā)也早已在世界范圍內(nèi)如火如荼地展開(kāi)。

在移動(dòng)通信的演進(jìn)歷程中，我國(guó)不斷轉(zhuǎn)變角色，依次經(jīng)歷了“2G跟蹤，3G突破，4G同步”的各個(gè)階段。在5G時(shí)代，我國(guó)將立志于占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)，引領(lǐng)世界產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為此，國(guó)內(nèi)通過(guò)建立多種機(jī)制，力求全面發(fā)力5G相關(guān)工作，包括組織成立IMT-2020（5G）推進(jìn)組、繼續(xù)推動(dòng)重大專(zhuān)項(xiàng)“新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)”向5G轉(zhuǎn)變、啟動(dòng)國(guó)家863計(jì)劃“5G系統(tǒng)前期研究開(kāi)發(fā)”等，從5G業(yè)務(wù)、頻率、無(wú)線(xiàn)傳輸與組網(wǎng)技術(shù)、評(píng)估測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化及知識(shí)產(chǎn)權(quán)等各個(gè)方面，探究5G的發(fā)展愿景。

未來(lái)5G的需求，對(duì)包括傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在內(nèi)的5G關(guān)鍵技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)。5G將通過(guò)更高的頻譜效率、更多的頻譜資源，以及更密集的小區(qū)部署等，共同滿(mǎn)足移動(dòng)業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)的需求。在網(wǎng)絡(luò)容量方面，5G通信技術(shù)將比4G實(shí)現(xiàn)單位面積移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)1 000倍；在傳輸速率方面，典型用戶(hù)數(shù)據(jù)速率將提升10到100倍，峰值傳輸速率可達(dá)10Gb/s（4G為100Mb/s）；同時(shí)，端到端時(shí)延縮短5～10倍，頻譜效率提升5～10倍，網(wǎng)絡(luò)綜合能效提升1 000倍。

為支持5G的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)5G無(wú)時(shí)無(wú)地不在的空中信息“高速公路”的構(gòu)建，包括高頻段傳輸、新型多天線(xiàn)傳輸、同時(shí)同頻全雙工、終端直通技術(shù)、密集網(wǎng)絡(luò)、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在內(nèi)的傳輸和網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的解決方案層出不窮，呈現(xiàn)出了百家爭(zhēng)鳴，百花齊放的局面。

在5G研發(fā)剛剛起步的情況下，如何建立一套全面的5G關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)客觀(guān)有效的第三方評(píng)估，服務(wù)技術(shù)與資源管理的發(fā)展需要，同樣是當(dāng)前5G技術(shù)發(fā)展所面臨的重要問(wèn)題。

作為國(guó)家無(wú)線(xiàn)電管理技術(shù)機(jī)構(gòu)，國(guó)家無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)監(jiān)測(cè)中心）長(zhǎng)期致力于頻譜研究、頻譜監(jiān)測(cè)、移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，以及相關(guān)評(píng)估、測(cè)試與驗(yàn)證等工作，并已深入?yún)⑴c到5G相關(guān)的組織與研究項(xiàng)目當(dāng)中。

目前，監(jiān)測(cè)中心頻譜工程實(shí)驗(yàn)室正在大力建設(shè)基于面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）的開(kāi)放式電磁兼容分析測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模軟件、硬件及高性能測(cè)試儀器儀表的集成與應(yīng)用，將為無(wú)線(xiàn)電管理機(jī)構(gòu)、科研院所及業(yè)界相關(guān)單位等提供良好的無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)研究、開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)境。面向5G關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估工作，監(jiān)測(cè)中心計(jì)劃利用該平臺(tái)對(duì)5G系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證環(huán)境進(jìn)行搭建，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)5G各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)客觀(guān)高效的評(píng)估。

為充分把握5G技術(shù)命脈，確保與時(shí)俱進(jìn)，監(jiān)測(cè)中心積極投入到5G關(guān)鍵技術(shù)的跟蹤梳理與研究工作當(dāng)中，為5G頻率規(guī)劃、監(jiān)測(cè)以及關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估測(cè)試驗(yàn)證等工作，提前進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。下面，就對(duì)其中的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的剖析和解讀。

關(guān)鍵技術(shù)1：高頻段傳輸

移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下的頻段，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。目前，韓國(guó)三星在28GHz高頻段，利用64根天線(xiàn)，采用自適應(yīng)波束賦形技術(shù)，在2公里的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)了1Gb/s的峰值下載速率，用戶(hù)只需要不到一秒鐘的時(shí)間可下載一部完整的電影。

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(xiàn)和設(shè)備，較高的天線(xiàn)增益是高頻段毫米波移動(dòng)通信的主要優(yōu)點(diǎn)。但是，它也存在著傳輸距離短，穿透和繞射能力差，容易受到氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)。同時(shí)，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。高頻段資源目前雖然較為豐富，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。

關(guān)鍵技術(shù)2：新型多天線(xiàn)傳輸

作為近年來(lái)備受關(guān)注的技術(shù)之一，多天線(xiàn)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(xiàn)陣列，基站側(cè)可支持的天線(xiàn)協(xié)作數(shù)將達(dá)到128。此外，原來(lái)的2D天線(xiàn)陣列拓展成為3D天線(xiàn)陣列，形成新穎的3D～MIMO技術(shù)，支持多用戶(hù)波束智能賦型，減少用戶(hù)間干擾，結(jié)合高頻段毫米波的技術(shù)，將進(jìn)一步改善無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋性能。

目前，研究人員正在針對(duì)大規(guī)模天線(xiàn)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(hù)空分多址（SDMA），顯著降低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能和提升覆蓋能力。

關(guān)鍵技術(shù)3：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。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)，還存在著鄰小區(qū)同頻干擾問(wèn)題。在多天線(xiàn)及組網(wǎng)場(chǎng)景下，全雙工技術(shù)的應(yīng)用難度更大。

關(guān)鍵技術(shù)4：終端直通技術(shù)（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(xiàn)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(mǎn)足海量用戶(hù)在不同環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求。

D2D技術(shù)能夠無(wú)需借助于基站的幫助實(shí)現(xiàn)通信終端之間直接通信，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，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(xiàn)技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等。

關(guān)鍵技術(shù)5：密集網(wǎng)絡(luò)

在未來(lái)的5G通信中，無(wú)線(xiàn)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)流量將發(fā)生井噴式的增長(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)成為了實(shí)現(xiàn)未來(lái)5G的1 000倍流量需求的主要手段之一。超密集網(wǎng)絡(luò)將能夠改善網(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，部署高達(dá)100個(gè)以上小小區(qū)/扇區(qū)。

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)。

關(guān)鍵技術(shù)6：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（Centralized Processing），協(xié)作式無(wú)線(xiàn)電（Collaborative Radio）和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架（Realtime Cloud Infrastructure）的綠色無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)構(gòu)架（Clean system）。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(xiàn)和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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，研究的內(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。

2013年全國(guó)工業(yè)和信息化工作會(huì)議，提出了加快結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)、推進(jìn)兩化深度融合等六點(diǎn)意見(jiàn)，包括繼續(xù)實(shí)施“兩化融合”、“寬帶中國(guó)”等專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)。5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)向著“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、集約高效、綠色低碳、智能發(fā)展、惠及民生”的方向發(fā)展。作為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將對(duì)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，保障信息化發(fā)展起到非常重要的支撐作用。目前，5G關(guān)鍵技術(shù)仍處于爭(zhēng)分奪秒的研究階段，到底何種關(guān)鍵技術(shù)在未來(lái)能夠適應(yīng)5G的需求，從眾多技術(shù)中脫穎而出，仍是一個(gè)未知數(shù)。全面完善地建立面向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(guān)的評(píng)估機(jī)制，有利于加速5G研究和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。同時(shí)，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)未來(lái)的發(fā)展搭建騰飛的橋梁。