通信行業(yè)移動通信行業(yè)新技術(shù)展望——5G

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  5G需要具備比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用戶體驗速率，每平方公里一百萬的連接數(shù)密度，毫秒級的端到端時延，每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度，每小時500Km以上的移動性和數(shù)十Gbps的峰值速率。其中，用戶體驗速率、連接數(shù)密度和時延為5G最基本的三個性能指標(biāo)。 同時，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運營的效率，相比4G，頻譜效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。性能需求和效率需求共同定義了5G的關(guān)鍵能力，5G的六大性能指標(biāo)，體現(xiàn)了5G滿足未來多樣化業(yè)務(wù)與場景需求的能力，5G將滲透到未來社會的各個領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G將使信息突破時空限制，提供極佳的交互體驗，為用戶帶來 身臨其境的信息盛宴;5G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動性等多場景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最終實現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。 

  5G關(guān)鍵技術(shù)展望

5G將從頻譜效率的提升，通信頻帶的擴展，新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這三個維度來提升系統(tǒng)能力，實現(xiàn)性能需求和效率需求。全球各大5G推進組也在積極開展相關(guān)研究工作，三個維度的關(guān)鍵技術(shù)線僅停留在實驗室層面，尚待討論。

  1、頻譜效率

(1)大規(guī)模陣列天線

大規(guī)模陣列天線(Massive MIMO)已經(jīng)被公認為5G的關(guān)鍵技術(shù)之一，它采用有源天線陣列技術(shù)，將現(xiàn)有的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，，形成極精確的用戶級超窄波束，將能量 定向投放到用戶位置，可以顯著改善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，降低無線網(wǎng)絡(luò)能耗，特別是在中高頻段組網(wǎng)的情況下尤為明顯。目前，基站側(cè)可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達到 128根。

在城市CBD辦公區(qū)，會場等熱點地區(qū)，用戶數(shù)量較多且分布密集，大規(guī)模陣列天線技術(shù)可以在水平面和垂直面均可實現(xiàn)波束賦形。多個用戶級波束在空間上三維賦型，可避免相互之間的干擾，大大提升系統(tǒng)級容量。

大規(guī)模陣列天線技術(shù)也受到了業(yè)界的重點關(guān)注，中國移動和華為在Massive MIMO技術(shù)上的合作研究已超過兩年時間，與2014年9月份完成了全球首次TD-LTEMassive MIMO多天線預(yù)商用產(chǎn)品演示，這既是對5G先進技術(shù)的驗證，也可幫助中國移動提升TD-LTE中高頻組網(wǎng)的覆蓋水平和系統(tǒng)容量。雙方將會繼續(xù)緊密合作， 推進大規(guī)模陣列天線的成熟與商用。

  (2)全雙工技術(shù)

全雙工技術(shù)是指在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號。相對與傳統(tǒng)的FDD，TDD半雙工模式，全雙工技術(shù)突破了頻譜資源 使用限制，使系統(tǒng)可用頻譜資源提升1倍，是未來有可能改變移動通信傳統(tǒng)工作模式的革命性技術(shù)方向。全雙工技術(shù)需要具備極高的干擾消除能力以消除來自發(fā)送天 線的自干擾信號，華為、中國移動研究院聯(lián)合北京大學(xué)等科研單位共同致力于全雙工技術(shù)的開發(fā)，現(xiàn)已成功實現(xiàn)500m點對點全雙工通信。目前，將全雙工技術(shù)應(yīng) 用于多天線系統(tǒng)以及全雙工組網(wǎng)是全雙工技術(shù)在實際系統(tǒng)中應(yīng)用需要重要點研究的問題。

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。

  (3)D2D(Device to Device)通信

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。

移動通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這段頻譜資源十分擁擠，潛力已經(jīng)開發(fā)殆盡。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。IMT-2020計劃開發(fā)6G以下的頻段供 5G使用，隨著射頻技術(shù)趨于成熟，再逐步開發(fā)6G以上的高頻段。

  2、頻段擴展

目前，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。

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。高頻通信存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺 點?？紤]到未來的5G網(wǎng)絡(luò)是高密度性網(wǎng)絡(luò)，覆蓋面積最小的微小區(qū)和熱點僅需達到50米以下的覆蓋范圍。高頻段頻譜資源用于微小區(qū)的小型化高增益天線和設(shè)備 中，可實現(xiàn)很高的通信速率。

   3、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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。 5G通信系統(tǒng)將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署更多小小區(qū)來滿足局部熱點地區(qū)的大容量需求，同時可以起到為宏站和微站分流的效果。

在無線接入技術(shù)上，5G可能采用C-RAN(Cloud-Radio Access Network)接入網(wǎng)架構(gòu)。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，減少運營支出。各種新型高速無線局域網(wǎng)接入點和蜂窩小基站共同構(gòu)成立體的超密集的組網(wǎng)方式，形成一張超級帶 寬能力網(wǎng)絡(luò)。愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓撲更加復(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。干擾協(xié)調(diào)與管理、密集小 區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動性增強方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點。

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