Verizon 5G標準研究

曾張帆+周艷玲+劉文超+邢賽楠

摘 要：2016-07，美國第一大移動運營商Verizon攜同其商業合作伙伴思科、愛立信、因特爾等一批世界一流網絡設備提供商和終端芯片制造商發布了第一個5G標準，內容包括5G接入網網絡架構、物理層、Mac層等一系列接入層技術，內容全面、詳實。旨在探討新制定的5G標準的技術特點，歸納出其與4G LTE標準的技術優勢與代價，為讀者提供5G無線通信的技術引導與思路參考。

關鍵詞：5G；無線通信；物理層；接入網

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.043

移動數據的使用在過去的5年內飛速增長，探究其內在驅動力，包括語音服務、視屏服務的爆發以及各類應用服務使用量的增加。移動數據增長的需求對移動通信的速度能力提出了挑戰，特別是在沒有Wi-Fi的環境下。3G技術標準的提出開辟了移動數據使用的時代，而4G技術標準的到來大大提高了移動網絡速度，從而擴展了移動數據應用的深度和廣度。然而，由于移動場景越來越豐富，目前，運行平穩的4G無線通信技術下行速率峰值（100 Mbps）已遠不能滿足市場的期望，5G技術標準應運而生。

5G無線技術標準將處理更多的數據流量，連接更多的設備，明顯縮短通信時延，并大大提升通信系統的可靠性。在技術層面上，5G標準將對現行的通行架構和技術進行重新設計和定義。比如，在網絡架構上，擬采用分布式軟件云計算代替傳統的集中式硬件設備；在多址方式的選擇上，擬采用非正交多址代替現有的正交頻分多址技術等。

總體而言，5G無線通信技術全面顛覆了現行的4G技術標準，技術更新龐大。在時間層面上，面對移動互聯網行業帶來的競爭壓力，國際電信聯盟要求協議制定機構3GPP組織在2018年前提出預標準，并在2020年提出首個正式的商業5G標準。因此，可以認為，3GPP組織在5G標準的推出上時間緊、任務重。在此背景下，2016-07，美國第一大移動運營商Verizon攜同其商業合作伙伴，比如思科、愛立信、因特爾等一批世界一流網絡設備提供商和終端芯片制造商在3GPP的5G標準尚未確立之前，提前發布了第一個自定義的5G標準，命名為Verizon 5G，簡稱“V5G”。

1 Verizon 5G標準

Verizon 5G標準涵蓋了接入網各層標準，具體內容見表1.

由表1和協議具體能容得知，V5G標準定義了5G無線通信的物理層、層2和層3的信令流程和具體技術，比如幀結構、雙工方式、物理層信道、信道編碼技術、信號調制技術、混合重傳模式、移動管理、無線資源管理等，內容豐富。

2 與3GPP 4G標準技術的比較

從2個方面對5G標準與4G標準進行技術對比。就協議制定的框架進行了對比，表2列舉了V5G標準與對應的3GPP 4G標準。

由表2和協議具體內容可以看出，V5G標準在協議制定的思路上和3GPP制定的4G標準保持一致。就V5G中提出的5G技術與現行的4G技術進行對比分析，具體內容如下。

2.1 工作頻段方面

V5G采用28 GHz的高頻，相比4G中的2 GHz頻段，V5G提供了更大的帶寬。V5G中定義單載波帶寬為100 MHz，為4G的5倍，同時，系統支持至多8個載波的聚合技術，因此，工作帶寬最大能夠達到800 MHz，輕松實現1 Gbps的數據率。

2.2 幀結構設計方面

V5G采用TDD的雙工方式，統一了在4G中出現的既有TDD，又有FDD的兩種幀結構的局面。在V5G中，子幀的長度為0.2 ms，是4G子幀長度的1/5，大大縮短了上、下行切換的時間。

2.3 波形設計方面

V5G在上行鏈路和下行鏈路兩方面均采用OFDM。而在4G標準中，上行鏈路采用SC-FDM技術。V5G在上、下行波形上形成了統一，簡化了實現復雜度，得益于V5G的適用場景覆蓋范圍小，對上行發射功率要求低，進而避免了高PAPR。

2.4 物理層信道設計方面

V5G省去了4G協議中的PCHICH和PHICH，其他信道則與4G物理層信道無本質差別。

2.5 信道編碼方面

V5G在物理層的共享信道中采用了LDPC碼代替了4G協議采用的Turbo編碼。LDPC碼在糾錯性能上沒有太大的優勢，但是在接收機譯碼方面，能采用并行譯碼技術縮短譯碼的時間，為只有0.2 ms的子幀處理允許時間減輕了負擔。

2.6 增加了波束賦形的內容

波束賦形實現了空間復用，能大大提高小區的容量。波束賦形由大規模天線實現，這在28 GHz工作頻段成為了可能。為了協助波束賦形功能，V5G添加了Beam Measurement Reference Signal和Beam Refinement Reference Signal兩個參考型號，用來幫助判斷波束形成的方向和功率。

3 結束語

5G的標準化工作緊鑼密鼓，時間緊，任務重。本文就Verizon聯盟提出的非官方5G標準進行了細致的技術分析。總體來看，V5G技術展現了未來移動通信系統采用高頻度、大帶寬、多天線、短幀長的技術特點和思路，能在一定層度上滿足未來用戶對高數據率的需求，勢必成為未來正式標準的導向。然而，V5G標準并非官方標準，在技術層面也未能涵蓋呼聲已久的大規模天線、非正交復用、Polar編碼等新技術。因此，未來各大通信廠商定將在標準制訂上展開激烈的角逐，最后花落誰家，讓我們拭目以待。

參考文獻

［1］方箭，朱穎，鄭娜.從WRC-10議題看5G與未來移動通信發展趨勢［J］.電信科學，2016（32）.