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倍，其演進(jìn)過程有跡可循。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)場景下的數(shù)據(jù)速率、可靠性和節(jié)能等要求。移動通信技術(shù)更快的速度和更高的安全性給用戶帶來了優(yōu)質(zhì)的通信體驗，而隨著用戶需求飛速膨脹，移動通信技術(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)的研究開發(fā)在全球開啟大幕。IMT-Advanced（international mobiletelecommunicationsadvanced）提出，5G在提高接入速率和連接能力、降低時延等方面會提升不止一個臺階，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，端到端時延降低到1 ms，而且用戶速率、移動性、能量效率和業(yè)務(wù)流量等性能指標(biāo)也會比4G時期更加優(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能實現(xiàn)“人與人”、“人與物”及“物與物”之間無縫高速連接。5G網(wǎng)絡(luò)不僅要提升速度，更應(yīng)該著重建設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)社會，這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠以低成本、多樣化的服務(wù)來支持龐大的數(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的5G系統(tǒng)的核心支撐力，為其奠定了堅實基礎(chǔ)。

5G設(shè)計框架復(fù)雜愿景是“柔性、綠色、極速”

5G設(shè)計框架包含了愿景、場景、能力、設(shè)計理念、核心技術(shù)、測試評估和5G方案等多個要素。網(wǎng)絡(luò)愿景是“柔性、綠色、極速”，目標(biāo)場景是eMBB、mMTC和uRLLC，包括移動互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)以及其他具體場景。

為實現(xiàn)愿景和場景目標(biāo)，5G設(shè)計理念從香農(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)計原則。

基于這些理念，UCN和SDAI兩個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RAN架構(gòu)和功能重定義，嘗試提供一個擁有公共的高層協(xié)議的統(tǒng)一的無線接入架構(gòu)，而SDAI通過空口不同功能模塊的重定義，提供一個具備面向各種差異化業(yè)務(wù)和場景的定制能力的統(tǒng)一空口。

UCN和SDAI中關(guān)鍵使能技術(shù)的性能將被評估和測試，同時考慮頻譜策略和測試測量技術(shù)，以驗證技術(shù)UCN和SDAI的5G解決方案是否能達(dá)到5G能力目標(biāo)，這是一個閉環(huán)設(shè)計過程。5G設(shè)計框架如圖所示。

5G擁有六大關(guān)鍵技術(shù)

●高頻段傳輸

移動通信傳統(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。

高頻段在移動通信中的應(yīng)用是未來的發(fā)展趨勢，業(yè)界對此高度關(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通信的主要優(yōu)點，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。射頻器件、系統(tǒng)設(shè)計等方面的問題也有待進(jìn)一步研究和解決。

監(jiān)測中心目前正在積極開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)一步改善無線信號覆蓋性能。

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

●同時同頻全雙工

最近幾年，同時同頻全雙工技術(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)雙方同時發(fā)射和接收信號，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，這對干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問題。在多天線及組網(wǎng)場景下，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現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業(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、較低的時延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現(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)計框架

在未來的5G通信中，無線通信網(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。未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實現(xiàn)未來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，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個以上。

與此同時，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性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點。

●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)時延，降低了建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。未來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)作式無線電和實時云計算構(gòu)架的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架。

C-RAN的基本思想是通過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)點間傳送無線信號，以構(gòu)建覆蓋上百個基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入系統(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，同時便于實現(xiàn)動態(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)，減少運營支出。

目前的研究內(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。全面建設(shè)面向5G的技術(shù)測試評估平臺能夠為5G技術(shù)提供高效客觀的評估機(jī)制，有利于加速5G研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。5G測試評估平臺將在現(xiàn)有認(rèn)證體系要求的基礎(chǔ)上平滑演進(jìn)，從而加速測試平臺的標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化，有利于我國參與未來國際5G認(rèn)證體系，為5G技術(shù)的發(fā)展搭建騰飛的橋梁。

5G有望實現(xiàn)無縫融合

5G作為未來通信發(fā)展的趨勢，要應(yīng)對不斷增長的需求，不僅要創(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)，形成真正的無縫融合網(wǎng)絡(luò)。

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