5G空口技術成革命點2020年將落地

中國電信廣州研究院 | 朱紅梅

5G空口技術成革命點2020年將落地

中國電信廣州研究院 | 朱紅梅

5G畢竟是移動通信技術，它的革命點在于空口技術，只有空口技術效率提高，才能實實在在提高頻譜效率，否則將只是各種技術融合的大雜燴。

5G看似遙不可及卻又時刻出現在科技頭條，它已經進入了我們的生活。說遙不可及，是因為4G才剛剛開始，怎么可能那么快就更新換代到5G？然而我國從2G的跟隨、3G的參與、4G的突破到5G搶占制高點，顯而易見，移動通信的更新換代已上升到國家戰略層面，5G正在加速前行。

萬物互聯時代將開啟

當前我們已處于移動互聯網盛宴之中，幾乎每個人都擁有手機、平板電腦，部分人還擁有手環、智能手表等可穿戴設備。此外“工業4.0”已經提出工業自動化，機器人辦公已經應用在很多領域。由此可見，人與物、物與物之間的連接正成為未來發展的重要方向，未來智能家居、工業控制、農業控制、醫療、教育、交通、金融、環境監測、車聯網、物流跟蹤等行業都將成為連接的載體。

當前的移動通信網絡是基于“人”設計的，并沒有考慮到無窮無盡的“物”，現在的網絡顯然不能承載萬物互聯的連接量。此外，當前的網上娛樂、網上購物、網上辦事等應用千姿百態，O2O已經一體化，網絡已經成為生活的必需品。盡管運營商在大規模建設網絡，但還是出現人均網絡資源匱乏、網絡速率不如人意的問題，因此網絡必需進一步提速，同時輔以各種應用服務，構筑一個“信息隨心至，萬物觸手及”的5G生態系統。

5G除了在傳統的頻譜效率、峰值速率、移動性等能力上有所突破外，最重要是契合移動互聯網發展的流量密度，在用戶體驗速率、用戶連接數密度等方面有所突破，只有這樣，才能滿足未來超千倍的業務量增長，滿足物聯網、工業互聯網等的發展要求，實現5G的宏偉藍圖，如圖1所示。

5G將呈現高低頻譜混用

移動通信從2G/3G發展到4G，從全球來看，可用頻譜資源已經趨于分散，那么發展到5G，作為移動通信賴以生存的頻譜資源又成為當前的焦點。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 帶內全雙工技術

國際電聯將在2015年11月召開國際無線電大會(WRC-15)，為5G業務爭取新的頻譜。我國面向2020年還存在500MHz以上的頻率缺口，需要在WRC-15大會上積極爭取，同時面向5G大流量、高密度需要有300MHz以上連續頻譜的支持，我國最好能夠在4GHz～6GHz頻段內尋找到適合的頻譜，同時在6GHz以上的頻段積極開展頻率規劃研究工作。目前我國擬向ITU提出新的適合頻率（已劃分687MHz）：1427～1525MHz、3300～3400MHz、4400～4500MHz和4800～4990MHz，同時輔以2G/3G的零散頻段，以及非授權頻段等，如圖2所示。總之，5G將是一個高頻、低頻混用的技術體系。

5G革命點在空口技術

IMT-2020（5G）推進組明確的技術要求有用戶體驗速率達1～10Gbit/s（非理論速率）、1ms級的端到端時延、1000倍帶寬（每單位區域）、10～100倍設備連接數量、99.999%有效性（用戶感知）、100%覆蓋（用戶感知）、減少90%網絡能耗、低能耗機對機通信設備電池壽命可達10年等。

單看這些要求，我們不禁感嘆要求如此之高，5G本來就是使用高頻段，但還要保證網絡100%覆蓋、速率高、時延小。因此目前可以預見：SDN/NFV、云RAN和射頻拉遠（RRH）、網絡致密化（多層組網）/ Hetnet’s、增強型語音/視頻、新的編碼技術、增強型M2M、上下行高階調制技術、動態頻譜分配/共享技術、CDN等技術都將應用到5G中。

總之你現在可以想象到的技術幾乎都會應用到5G中。但是5G畢竟是移動通信技術，它的革命點在于空口技術，只有空口技術效率提高，才是實實在在提高頻譜效率，否則將只是各種技術融合的大雜燴。

目前5G討論較多的關鍵技術有：毫米波（超高頻使用）、超寬帶頻譜、非正交多址接入（同時同頻全雙工）/濾波器組多載波技術、帶內全雙工技術、干擾自消除技術（無需人工排查）、3D MIMO及beamforming/大規模天線技術、認知無線電頻譜檢測技術、無邊界小區/超小小區和超密度網絡、多載波聚合/多流聚合等。下面圖3～圖5部分技術示意圖可加深理解。

當然5G發展還處于需求征集、技術探索階段，特別是空口技術還存在很多不確定性，我們還需拭目以待。

5G標準即將落地

5G標準研究工作如火如荼，ITU早已啟動了5G需求遠景規劃，負責落地的3GPP也在于2014年12月舉行的會議上啟動了5G的立項預研工作。5G目前還處于需求征集階段，各國也開展了相關研究，預計在2020年左右將開始試驗。

圖5 大規模天線