在全球業(yè)界的大力推動(dòng)下，第五代移動(dòng)通信（5G）技術(shù)快速發(fā)展，當前已進(jìn)入到概念形成和標準工作即將啟動(dòng)的關(guān)鍵階段。為推動(dòng)全球5G概念形成，我國IMT-2020(5G)推進(jìn)組對5G主要場(chǎng)景、技術(shù)需求和關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了深入研究，并從中提煉了5G概念和技術(shù)路線(xiàn)。在標準化方面，國際電信聯(lián)盟（ITU）即將完成5G標準前期研究，并明確提出了IMT-2020標準工作計劃，國際主流移動(dòng)通信標準組織3GPP近期也啟動(dòng)了5G相關(guān)議題討論。以下將介紹5G概念、技術(shù)路線(xiàn)和標準化方面的主要進(jìn)展。
一、5G將解決四大場(chǎng)景技術(shù)挑戰
面向2020年及未來(lái)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)將成為5G發(fā)展的主要驅動(dòng)力。5G將滿(mǎn)足人們在居住、工作、休閑和交通等各種場(chǎng)景的多樣化業(yè)務(wù)需求。從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)需求出發(fā)，可提煉出5G的四個(gè)主要技術(shù)場(chǎng)景：連續廣域覆蓋場(chǎng)景、熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景、低功耗大連接場(chǎng)景和低時(shí)延高可靠場(chǎng)景。其中，前兩種場(chǎng)景主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應用，后兩種場(chǎng)景主要面向物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應用。
5G面臨四大場(chǎng)景的多樣化技術(shù)挑戰。連續廣域覆蓋場(chǎng)景是移動(dòng)通信最基本的覆蓋方式，需要隨時(shí)隨地為用戶(hù)提供100Mbps以上的用戶(hù)體驗速率；熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景面向局部熱點(diǎn)區域，需要滿(mǎn)足用戶(hù)極高的數據傳輸速率和區域范圍內極高的數據流量需求，主要挑戰包括1Gbps用戶(hù)體驗速率、數十Gbps峰值速率和數十Tbps/km2流量密度；低功耗大連接場(chǎng)景主要面向海量的低功耗物聯(lián)網(wǎng)應用，不僅要求5G網(wǎng)絡(luò )具備超千億設備的總連接能力和100萬(wàn)/km2的連接數密度要求，還需保證終端的超低功耗和超低成本；低時(shí)延高可靠場(chǎng)景主要面向車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的苛刻要求，需要實(shí)現毫秒級端到端時(shí)延和接近100%的可靠性。
圖1 5G四大技術(shù)場(chǎng)景
二、5G技術(shù)創(chuàng )新源自無(wú)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )兩個(gè)方面
與以往幾代移動(dòng)通信不同，5G技術(shù)創(chuàng )新的來(lái)源將會(huì )更加豐富，不僅無(wú)線(xiàn)技術(shù)會(huì )出現重大創(chuàng )新，而且網(wǎng)絡(luò )技術(shù)也會(huì )出現重大變革。
在無(wú)線(xiàn)技術(shù)方面，5G將采用大規模天線(xiàn)陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址和全頻譜接入四大核心關(guān)鍵技術(shù)。大規模天線(xiàn)陣列通過(guò)增加天線(xiàn)數可支持數十個(gè)獨立的空間數據流，能夠數倍提升系統頻譜效率和容量。超密集組網(wǎng)通過(guò)增加基站密度，可實(shí)現頻率復用效率的巨大提升。新型多址通過(guò)發(fā)送信號在碼域/空域/時(shí)域/頻域的疊加傳輸可實(shí)現多場(chǎng)景下系統頻譜效率和接入能力的顯著(zhù)提升，并可通過(guò)免調度傳輸降低信令開(kāi)銷(xiāo)、時(shí)延和終端功耗，潛在技術(shù)方案包括SCMA、MUSA、PDMA和NOMA等。全頻譜接入能夠有效利用各種移動(dòng)通信頻譜來(lái)提升傳輸速率。其中，6GHz以下頻段傳播特性較好，可作為5G優(yōu)選頻段；6GHz以上頻段可作為后續補充頻段。此外，FBMC、F-OFDM、全雙工、靈活雙工、D2D、多元LDPC碼、網(wǎng)絡(luò )編碼、極化碼等也被認為是潛在的5G無(wú)線(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)。
面對多樣化的5G場(chǎng)景，需采用合適的無(wú)線(xiàn)技術(shù)以滿(mǎn)足相應需求。
在連續廣域覆蓋場(chǎng)景，大規模天線(xiàn)陣列能夠大幅提升系統頻譜效率，提升用戶(hù)體驗速率，是連續廣域覆蓋場(chǎng)景最主要的使能技術(shù)之一，新型多址技術(shù)可與大規模天線(xiàn)陣列相結合，進(jìn)一步提升頻譜效率和多用戶(hù)接入能力。
在熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景，超密集組網(wǎng)能夠極大提升單位面積內的頻率復用效率，并能夠與大規模天線(xiàn)陣列和新型多址相結合，進(jìn)一步提升系統頻譜效率，全頻譜接入能夠充分利用低頻和高頻資源，實(shí)現更高的傳輸速率和系統容量。
在低功耗大連接場(chǎng)景，新型多址能夠成倍提升系統的設備連接能力，并可通過(guò)免調度機制降低信令開(kāi)銷(xiāo)和終端功耗；F-OFDM和FBMC可靈活使用碎片頻譜，支持窄帶和小數據包，并降低功耗與成本；D2D可避免基站與終端間的長(cháng)距離傳輸，從而降低功耗和提升傳輸效率。
在低時(shí)延高可靠場(chǎng)景，應采用短幀結構和精簡(jiǎn)的信令流程，并引入新型多址和D2D等技術(shù)以減少信令交互和數據中轉，還可采用更先進(jìn)的調制編碼和重傳機制以提升傳輸可靠性。
圖25G主要場(chǎng)景與適用技術(shù)
在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)方面，5G將采用“三朵云”的新型網(wǎng)絡(luò )架構，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )將會(huì )更加靈活、智能、高效和開(kāi)放。5G網(wǎng)絡(luò )將以SDN和NFV作為基礎使能技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )架構可分成接入云、控制云和轉發(fā)云三個(gè)域。接入云支持多制式無(wú)線(xiàn)接入，融合集中式、分布式及Mesh無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)架構，適應各種類(lèi)型的回傳鏈路，實(shí)現更靈活的組網(wǎng)部署和更高效的無(wú)線(xiàn)資源管理。5G網(wǎng)絡(luò )控制功能和數據轉發(fā)功能將解耦，從而形成集中統一的控制云和靈活高效的轉發(fā)云。控制云實(shí)現局部和全局會(huì )話(huà)控制、移動(dòng)性管理和服務(wù)質(zhì)量保證，并構建面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò )能力開(kāi)放接口，從而滿(mǎn)足業(yè)務(wù)的差異化需求，并提升業(yè)務(wù)的部署效率。轉發(fā)云基于通用的硬件平臺，在控制云的高效控制下，實(shí)現海量業(yè)務(wù)數據的高可靠、低時(shí)延、均負載的高效傳輸。
