詳解5G的六大關(guān)鍵技術(shù)

　　2013年12月，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)。5G研發(fā)的進(jìn)程如何，在研發(fā)過(guò)程中會(huì)遇到哪些問(wèn)題？本版將從即日起陸續(xù)刊發(fā)“5G發(fā)展系列報(bào)道”，敬請(qǐng)關(guān)注。

　　在移動(dòng)通信的演進(jìn)歷程中，我國(guó)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)立志于占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)，全面發(fā)力5G相關(guān)工作。組織成立IMT-2020（5G）推進(jìn)組，推動(dòng)重大專項(xiàng)“新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)”向5G轉(zhuǎn)變，啟動(dòng)“5G系統(tǒng)前期研究開(kāi)發(fā)”等，從5G業(yè)務(wù)、頻率、無(wú)線傳輸與組網(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。

　　在5G研發(fā)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)線電管理技術(shù)機(jī)構(gòu)，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)中心）正積極參與到5G相關(guān)的組織與研究項(xiàng)目中。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)搭建5G系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)5G各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)客觀高效的評(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。下面對(duì)其中一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要剖析和解讀。

　　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，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。

　　關(guān)鍵技術(shù)2：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。

　　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。

　　關(guān)鍵技術(shù)4：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。

　　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)。

　　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、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。