探討5G 移動(dòng)通信的重點(diǎn)技術(shù)及應(yīng)用

劉鵬遠(yuǎn)

（中國電信股份有限公司保定分公司，保定 071000）

1 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展

自20世紀(jì)90年代末移動(dòng)通信產(chǎn)生以來，至今歷經(jīng)三十多年的演進(jìn)，成為了人類社會(huì)進(jìn)行連接的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。人們的生活方式不僅被移動(dòng)通信深深改變著，同時(shí)移動(dòng)通信的發(fā)展也已經(jīng)成為推動(dòng)社會(huì)信息化水平的重要引擎。當(dāng)前面向2020年及未來的第五代移動(dòng)通信（5G）已成為全球研發(fā)熱點(diǎn)。

我國2013年初就成立了面向5G 移動(dòng)通信研究與發(fā)展的IMT-2020 推進(jìn)組，于2016 年1 月7 日正式啟動(dòng)了5G 技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，最終到2018年完成5G 系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)性能測試和5G 典型業(yè)務(wù)演示。

2 5G 重點(diǎn)技術(shù)

2.1 大規(guī)模天線技術(shù)

當(dāng)用戶的天線數(shù)遠(yuǎn)小于基站側(cè)天線數(shù)的時(shí)候，基站到用戶們的信道都將趨向于正交。基站下每個(gè)移動(dòng)用戶之間的干擾也將趨向于消失，同時(shí)用戶的信噪比將通過強(qiáng)大的陳列增益得到明顯改善，因此能在同樣的時(shí)頻資源里同時(shí)對更多的用戶進(jìn)行調(diào)度處理。

2.2 非正交多址接入技術(shù)

PDMA 圖樣分割多址接入是一種基于多用戶通信系統(tǒng)整體優(yōu)化的新型非正交多址接入技術(shù)，通過發(fā)送端和接收端的聯(lián)合設(shè)計(jì)，在發(fā)送端采用功率、空間等多種信號區(qū)域的單獨(dú)或者聯(lián)合非正交特征圖樣區(qū)分用戶，在接收端采用SIC 方式實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)最優(yōu)多用戶檢測。

2.3 超密集組網(wǎng)技術(shù)

增加單位面積內(nèi)小基站的密度，通過在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中引入超大規(guī)模低功率節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)增強(qiáng)、消除盲點(diǎn)、改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋、提高系統(tǒng)容量。

2.4 高頻段信號傳輸和關(guān)鍵技術(shù)

移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻段十分擁擠，而大于6GHz 的高頻段有比較豐富的可用頻譜資源，因此可以使頻譜資源緊張的現(xiàn)狀得到有效的緩解，對于短距離同時(shí)高速的通信進(jìn)行支持。

3 技術(shù)特點(diǎn)

5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與前幾代的3G、4G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比較，網(wǎng)絡(luò)能力將會(huì)有極其飛躍的發(fā)展和提升。在5G 網(wǎng)絡(luò)下，下載數(shù)據(jù)的峰值速率可以超過19.5Gb/s，而上傳數(shù)據(jù)的峰值速率也可能會(huì)達(dá)到8Gb/s；同時(shí)，5G 網(wǎng)絡(luò)下簡化后網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，時(shí)延將會(huì)明顯降低（端到端延遲將不會(huì)不高于5ms），網(wǎng)絡(luò)的整體效率會(huì)得到明顯提升。

3.1 高速率

未來的5G 愿景最強(qiáng)烈的一個(gè)方面就是用戶體驗(yàn)到的網(wǎng)絡(luò)速率，要做到的目標(biāo)是最大10Gb/s。它的一個(gè)特點(diǎn)就是高頻，高頻資源的頻率很高，波長很短，那么在天線設(shè)計(jì)的時(shí)候可以做到天線陣子和他們之間的距離很小，就可以在很小的范圍內(nèi)集成天線陣列，結(jié)合波束賦形，波束追蹤技術(shù)以彌補(bǔ)高頻通信在傳播上的受限。

3.2 大容量

2017 年12 月是5G 發(fā)展進(jìn)程中一個(gè)激動(dòng)人心的里程碑，3G合作伙伴計(jì)劃（3GPP）正式宣布5G 新無線電（NR）的新標(biāo)準(zhǔn)，已批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)包括對非獨(dú)立5G 的支持，這項(xiàng)支持使得目前提供4G/LTE 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商能夠充分利用5G 的性能優(yōu)勢，從而無論是在新頻譜還是現(xiàn)有頻譜中，都能夠提供更大的容量和用戶吞吐量。

3.3 低時(shí)延高可靠

LTE 中的一個(gè)TTI 是1ms，而5G 將通過對幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將每個(gè)子幀在時(shí)域上進(jìn)行縮短從而在物理層上進(jìn)行時(shí)延的優(yōu)化。相信在后期5G 信令的設(shè)計(jì)上也會(huì)采用以降低時(shí)延為目標(biāo)的信令結(jié)構(gòu)優(yōu)化。滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景對時(shí)延和可靠性的特殊要求。

4 5G 應(yīng)用展望

相比于4G 網(wǎng)絡(luò)，5G 將提供很多增強(qiáng)性能，包括高傳輸率、低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和高可靠穩(wěn)定性，這些增強(qiáng)的性能可以讓運(yùn)營商滿足不斷增長的各類企業(yè)需求。5G 網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)虛擬化、邊緣計(jì)算和靈活的IT 業(yè)務(wù)流程管理，從而為企業(yè)提供基于網(wǎng)絡(luò)切片的差異化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。實(shí)現(xiàn)這些新能力將使運(yùn)營商突破傳統(tǒng)的僅提供網(wǎng)絡(luò)連接的商業(yè)模式，擴(kuò)展其運(yùn)營平臺，提供多樣化的服務(wù)。

4.1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)新型業(yè)務(wù)形態(tài)

（1）超高清、三維化、浸入式業(yè)務(wù)，3D 視頻，4K 甚至8K視頻流的實(shí)時(shí)播放，要求傳送信息量巨大，高速上傳下載。

（2）虛擬現(xiàn)實(shí)通信、在線游戲、云桌面，AR/VR 與游戲生活相結(jié)合；結(jié)合云技術(shù)，工作、生活和娛樂全都交給云，要求上下行信息速率高，對延遲極為敏感。

（3）微信等大量小數(shù)據(jù)包交互，改變媒體傳播的方式，對信令資源大量消耗。

（4）極端場景業(yè)務(wù)體驗(yàn)，全景直播，需要超高速移動(dòng)，超密集用戶分布。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

（1）智能家居、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)和智能抄表等，海量設(shè)備互聯(lián)，需要大量小數(shù)據(jù)包頻發(fā)。

（2）視頻監(jiān)控、移動(dòng)醫(yī)療，低時(shí)延高可靠應(yīng)用，要求上下行信息速率高。

（3）車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、自動(dòng)駕駛，毫秒級時(shí)延，接近100%可靠性。

（4）復(fù)雜環(huán)境中的部署和超大規(guī)模部署，對移動(dòng)網(wǎng)率覆蓋能力的新要求，同時(shí)，要求低成本低功耗。

5 結(jié)束語

隨著5G 時(shí)代即將到來，5G 通信技術(shù)將滲透到未來社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，企業(yè)市場將給運(yùn)營商帶來收入增加的重大機(jī)遇。通過5G 技術(shù)可以構(gòu)建無處不在的連接，構(gòu)建移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，以用戶為中心構(gòu)建全方位信息生態(tài)系統(tǒng)，使我們建設(shè)智能社會(huì)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為可能。