通信行业移动通信行业新技术展望——5G

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  5G需要具备比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用户体验速率，每平方公里一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里数十Tbps的流量密度，每小时500Km以上的移动性和数十Gbps的峰值速率。其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。 同时，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提升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义了5G的关键能力，5G的六大性能指标，体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力，5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来 身临其境的信息盛宴;5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。 

  5G关键技术展望

5G将从频谱效率的提升，通信频带的扩展，新型网络结构这三个维度来提升系统能力，实现性能需求和效率需求。全球各大5G推进组也在积极开展相关研究工作，三个维度的关键技术线仅停留在实验室层面，尚待讨论。

  1、频谱效率

(1)大规模阵列天线

大规模阵列天线(Massive MIMO)已经被公认为5G的关键技术之一，它采用有源天线阵列技术，将现有的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，，形成极精确的用户级超窄波束，将能量 定向投放到用户位置，可以显著改善网络的覆盖能力，降低无线网络能耗，特别是在中高频段组网的情况下尤为明显。目前，基站侧可支持的协作天线数量将达到 128根。

在城市CBD办公区，会场等热点地区，用户数量较多且分布密集，大规模阵列天线技术可以在水平面和垂直面均可实现波束赋形。多个用户级波束在空间上三维赋型，可避免相互之间的干扰，大大提升系统级容量。

大规模阵列天线技术也受到了业界的重点关注，中国移动和华为在Massive MIMO技术上的合作研究已超过两年时间，与2014年9月份完成了全球首次TD-LTEMassive MIMO多天线预商用产品演示，这既是对5G先进技术的验证，也可帮助中国移动提升TD-LTE中高频组网的覆盖水平和系统容量。双方将会继续紧密合作， 推进大规模阵列天线的成熟与商用。

  (2)全双工技术

全双工技术是指在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号。相对与传统的FDD，TDD半双工模式，全双工技术突破了频谱资源 使用限制，使系统可用频谱资源提升1倍，是未来有可能改变移动通信传统工作模式的革命性技术方向。全双工技术需要具备极高的干扰消除能力以消除来自发送天 线的自干扰信号，华为、中国移动研究院联合北京大学等科研单位共同致力于全双工技术的开发，现已成功实现500m点对点全双工通信。目前，将全双工技术应 用于多天线系统以及全双工组网是全双工技术在实际系统中应用需要重要点研究的问题。

传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

  (3)D2D(Device to Device)通信

D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能 够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用，支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路 灵活性和网络可靠性。目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。

移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这段频谱资源十分拥挤，潜力已经开发殆尽。而在高频段(如毫米波、厘米波频段)可用频谱 资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。IMT-2020计划开发6G以下的频段供 5G使用，随着射频技术趋于成熟，再逐步开发6G以上的高频段。

  2、频段扩展

目前，监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。

高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。高频通信存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺 点。考虑到未来的5G网络是高密度性网络，覆盖面积最小的微小区和热点仅需达到50米以下的覆盖范围。高频段频谱资源用于微小区的小型化高增益天线和设备 中，可实现很高的通信速率。

   3、网络架构

随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G的 1000倍流量需求的主要手段之一。超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。 5G通信系统将采用更加密集的网络方案，部署更多小小区来满足局部热点地区的大容量需求，同时可以起到为宏站和微站分流的效果。

在无线接入技术上，5G可能采用C-RAN(Cloud-Radio Access Network)接入网架构。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智 能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营支出。各种新型高速无线局域网接入点和蜂窝小基站共同构成立体的超密集的组网方式，形成一张超级带 宽能力网络。愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。干扰协调与管理、密集小 区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是目前密集网络方面的研究热点。

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