5G空口技術(shù)成革命點(diǎn)2020年將落地

中國(guó)電信廣州研究院 | 朱紅梅

5G空口技術(shù)成革命點(diǎn)2020年將落地

中國(guó)電信廣州研究院 | 朱紅梅

5G畢竟是移動(dòng)通信技術(shù)，它的革命點(diǎn)在于空口技術(shù)，只有空口技術(shù)效率提高，才能實(shí)實(shí)在在提高頻譜效率，否則將只是各種技術(shù)融合的大雜燴。

5G看似遙不可及卻又時(shí)刻出現(xiàn)在科技頭條，它已經(jīng)進(jìn)入了我們的生活。說(shuō)遙不可及，是因?yàn)?G才剛剛開始，怎么可能那么快就更新?lián)Q代到5G？然而我國(guó)從2G的跟隨、3G的參與、4G的突破到5G搶占制高點(diǎn)，顯而易見，移動(dòng)通信的更新?lián)Q代已上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，5G正在加速前行。

萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代將開啟

當(dāng)前我們已處于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)盛宴之中，幾乎每個(gè)人都擁有手機(jī)、平板電腦，部分人還擁有手環(huán)、智能手表等可穿戴設(shè)備。此外“工業(yè)4.0”已經(jīng)提出工業(yè)自動(dòng)化，機(jī)器人辦公已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域。由此可見，人與物、物與物之間的連接正成為未來(lái)發(fā)展的重要方向，未來(lái)智能家居、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)控制、醫(yī)療、教育、交通、金融、環(huán)境監(jiān)測(cè)、車聯(lián)網(wǎng)、物流跟蹤等行業(yè)都將成為連接的載體。

當(dāng)前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是基于“人”設(shè)計(jì)的，并沒有考慮到無(wú)窮無(wú)盡的“物”，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)顯然不能承載萬(wàn)物互聯(lián)的連接量。此外，當(dāng)前的網(wǎng)上娛樂、網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上辦事等應(yīng)用千姿百態(tài)，O2O已經(jīng)一體化，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為生活的必需品。盡管運(yùn)營(yíng)商在大規(guī)模建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，但還是出現(xiàn)人均網(wǎng)絡(luò)資源匱乏、網(wǎng)絡(luò)速率不如人意的問(wèn)題，因此網(wǎng)絡(luò)必需進(jìn)一步提速，同時(shí)輔以各種應(yīng)用服務(wù)，構(gòu)筑一個(gè)“信息隨心至，萬(wàn)物觸手及”的5G生態(tài)系統(tǒng)。

5G除了在傳統(tǒng)的頻譜效率、峰值速率、移動(dòng)性等能力上有所突破外，最重要是契合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的流量密度，在用戶體驗(yàn)速率、用戶連接數(shù)密度等方面有所突破，只有這樣，才能滿足未來(lái)超千倍的業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)，滿足物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)5G的宏偉藍(lán)圖，如圖1所示。

5G將呈現(xiàn)高低頻譜混用

移動(dòng)通信從2G/3G發(fā)展到4G，從全球來(lái)看，可用頻譜資源已經(jīng)趨于分散，那么發(fā)展到5G，作為移動(dòng)通信賴以生存的頻譜資源又成為當(dāng)前的焦點(diǎn)。如果沒有頻譜資源，一切都將是空談，頻譜資源在一定程度上決定了5G技術(shù)的成敗。

圖2 5G將使用的頻譜資源分布圖

圖3 非正交多址接入

圖4 帶內(nèi)全雙工技術(shù)

國(guó)際電聯(lián)將在2015年11月召開國(guó)際無(wú)線電大會(huì)(WRC-15)，為5G業(yè)務(wù)爭(zhēng)取新的頻譜。我國(guó)面向2020年還存在500MHz以上的頻率缺口，需要在WRC-15大會(huì)上積極爭(zhēng)取，同時(shí)面向5G大流量、高密度需要有300MHz以上連續(xù)頻譜的支持，我國(guó)最好能夠在4GHz～6GHz頻段內(nèi)尋找到適合的頻譜，同時(shí)在6GHz以上的頻段積極開展頻率規(guī)劃研究工作。目前我國(guó)擬向ITU提出新的適合頻率（已劃分687MHz）：1427～1525MHz、3300～3400MHz、4400～4500MHz和4800～4990MHz，同時(shí)輔以2G/3G的零散頻段，以及非授權(quán)頻段等，如圖2所示?？傊?，5G將是一個(gè)高頻、低頻混用的技術(shù)體系。

5G革命點(diǎn)在空口技術(shù)

IMT-2020（5G）推進(jìn)組明確的技術(shù)要求有用戶體驗(yàn)速率達(dá)1～10Gbit/s（非理論速率）、1ms級(jí)的端到端時(shí)延、1000倍帶寬（每單位區(qū)域）、10～100倍設(shè)備連接數(shù)量、99.999%有效性（用戶感知）、100%覆蓋（用戶感知）、減少90%網(wǎng)絡(luò)能耗、低能耗機(jī)對(duì)機(jī)通信設(shè)備電池壽命可達(dá)10年等。

單看這些要求，我們不禁感嘆要求如此之高，5G本來(lái)就是使用高頻段，但還要保證網(wǎng)絡(luò)100%覆蓋、速率高、時(shí)延小。因此目前可以預(yù)見：SDN/NFV、云RAN和射頻拉遠(yuǎn)（RRH）、網(wǎng)絡(luò)致密化（多層組網(wǎng)）/ Hetnet’s、增強(qiáng)型語(yǔ)音/視頻、新的編碼技術(shù)、增強(qiáng)型M2M、上下行高階調(diào)制技術(shù)、動(dòng)態(tài)頻譜分配/共享技術(shù)、CDN等技術(shù)都將應(yīng)用到5G中。

總之你現(xiàn)在可以想象到的技術(shù)幾乎都會(huì)應(yīng)用到5G中。但是5G畢竟是移動(dòng)通信技術(shù)，它的革命點(diǎn)在于空口技術(shù)，只有空口技術(shù)效率提高，才是實(shí)實(shí)在在提高頻譜效率，否則將只是各種技術(shù)融合的大雜燴。

目前5G討論較多的關(guān)鍵技術(shù)有：毫米波（超高頻使用）、超寬帶頻譜、非正交多址接入（同時(shí)同頻全雙工）/濾波器組多載波技術(shù)、帶內(nèi)全雙工技術(shù)、干擾自消除技術(shù)（無(wú)需人工排查）、3D MIMO及beamforming/大規(guī)模天線技術(shù)、認(rèn)知無(wú)線電頻譜檢測(cè)技術(shù)、無(wú)邊界小區(qū)/超小小區(qū)和超密度網(wǎng)絡(luò)、多載波聚合/多流聚合等。下面圖3～圖5部分技術(shù)示意圖可加深理解。

當(dāng)然5G發(fā)展還處于需求征集、技術(shù)探索階段，特別是空口技術(shù)還存在很多不確定性，我們還需拭目以待。

5G標(biāo)準(zhǔn)即將落地

5G標(biāo)準(zhǔn)研究工作如火如荼，ITU早已啟動(dòng)了5G需求遠(yuǎn)景規(guī)劃，負(fù)責(zé)落地的3GPP也在于2014年12月舉行的會(huì)議上啟動(dòng)了5G的立項(xiàng)預(yù)研工作。5G目前還處于需求征集階段，各國(guó)也開展了相關(guān)研究，預(yù)計(jì)在2020年左右將開始試驗(yàn)。

圖5 大規(guī)模天線