5G發(fā)展的六大關(guān)鍵技術(shù)

　　2013年12月，我國第四代移動(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刊發(fā)“5G發(fā)展系列報道”，敬請關(guān)注。

　　在移動(dòng)通信的演進(jìn)歷程中，我國依次經(jīng)歷了“2G跟蹤，3G突破，4G同步”的各個(gè)階段。在5G時(shí)代，我國立志于占據技術(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(zhuān)項“新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)”向5G轉變，啟動(dòng)“5G系統前期研究開(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)、評估測試驗證技術(shù)、標準化及知識產(chǎn)權等各個(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)評估指標體系和評估方法，實(shí)現客觀(guān)有效的第三方評估，服務(wù)技術(shù)與資源管理的發(fā)展需要，同樣是當前5G技術(shù)發(fā)展所面臨的重要問(wèn)題。

　　作為國家無(wú)線(xiàn)電管理技術(shù)機構，國家無(wú)線(xiàn)電監測中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)監測中心)正積極參與到5G相關(guān)的組織與研究項目中。目前，監測中心頻譜工程實(shí)驗室正在大力建設基于面向服務(wù)的架構(SOA)的開(kāi)放式電磁兼容分析測試平臺，實(shí)現大規模軟件、硬件及高性能測試儀器儀表的集成與應用，將為無(wú)線(xiàn)電管理機構、科研院所及業(yè)界相關(guān)單位等提供良好的無(wú)線(xiàn)電系統研究、開(kāi)發(fā)與驗證實(shí)驗環(huán)境。面向5G關(guān)鍵技術(shù)評估工作，監測中心計劃利用該平臺搭建5G系統測試與驗證環(huán)境，從而實(shí)現對5G各項關(guān)鍵技術(shù)客觀(guān)高效的評估。

　　為充分把握5G技術(shù)命脈，確保與時(shí)俱進(jìn)，監測中心積極投入到5G關(guān)鍵技術(shù)的跟蹤梳理與研究工作當中，為5G頻率規劃、監測以及關(guān)鍵技術(shù)評估測試驗證等工作提前進(jìn)行技術(shù)儲備。下面對其中一些關(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狀，可以實(shí)現極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。

　　高頻段在移動(dòng)通信中的應用是未來(lái)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(xiàn)和設備、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、系統設計等方面的問(wèn)題也有待進(jìn)一步研究和解決。

　　監測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)規劃，統籌兼顧，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

　　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到大規模陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現頻譜效率提升數十倍甚至更高，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，基站側可支持的協(xié)作天線(xiàn)數量將達到128根。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，結合高頻段毫米波技術(shù)，將進(jìn)一步改善無(wú)線(xiàn)信號覆蓋性能。

　　目前研究人員正在針對大規模天線(xiàn)信道測量與建模、陣列設計與校準、導頻信道、碼本及反饋機制等問(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(zhù)降低發(fā)射功率，實(shí)現綠色節能，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，與傳統的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，同時(shí)還存在相鄰小區同頻干擾問(wèn)題。在多天線(xiàn)及組網(wǎng)場(chǎng)景下，全雙工技術(shù)的應用難度更大。

　　關(guān)鍵技術(shù)4：D2D

　　傳統的蜂窩通信系統的組網(wǎng)方式是以基站為中心實(shí)現小區覆蓋，而基站及中繼站無(wú)法移動(dòng)，其網(wǎng)絡(luò )結構在靈活度上有一定的限制。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)不斷增多，傳統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)無(wú)需借助基站的幫助就能夠實(shí)現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能夠實(shí)現較高的數據速率、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)現頻譜資源的高效利用;支持更靈活的網(wǎng)絡(luò )架構和連接方法，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(zhù)網(wǎng)絡(luò )多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著(zhù)各種智能終端的普及，數據流量將出現井噴式的增長(cháng)。未來(lái)數據業(yè)務(wù)將主要分布在室內和熱點(diǎn)地區，這使得超密集網(wǎng)絡(luò )成為實(shí)現未來(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/扇區將高達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 )拓撲更加復雜，小區間干擾已經(jīng)成為制約系統容量增長(cháng)的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò )能效。干擾消除、小區快速發(fā)現、密集小區間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強方案等，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

　　目前，LTE接入網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò )扁平化架構，減小了系統時(shí)延，降低了建網(wǎng)成本和維護成本。未來(lái)5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無(wú)線(xiàn)電和實(shí)時(shí)云計算構架的綠色無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)構架。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 )，直接在遠端天線(xiàn)和集中化的中心節點(diǎn)間傳送無(wú)線(xiàn)信號，以構建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區域，甚至上百平方公里的無(wú)線(xiàn)接入系統。C-RAN架構適于采用協(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，減少運營(yíng)支出。目前的研究?jì)热莅–-RAN的架構和功能，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、虛擬小區等。

　　全面建設面向5G的技術(shù)測試評估平臺能夠為5G技術(shù)提供高效客觀(guān)的評估機制，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有認證體系要求的基礎上平滑演進(jìn)，從而加速測試平臺的標準化及產(chǎn)業(yè)化，有利于我國參與未來(lái)國際5G認證體系，為5G技術(shù)的發(fā)展搭建騰飛的橋梁。