論述5G無線通信場景需求與技術演進

歐栓

【摘要】 本文從5G無線通信發展出發，就5G通信場景服務需求現狀進行了論述，并針對5G技術演進路線作出了全方位的總結，通過新的通信技術發展及應用研究，將推動5G技術不斷向前前發展。

【關鍵詞】 5G線通信 場景需求 技術演進 網絡架構

目前來說，雖然4G網絡的部署正在進行中，但一些移動運營商已經開始推廣5G。與4G無線網絡相比，5G具有一系列的優點，如在5G網絡下，手機上網速度得到大大的提升，比4G快五十倍。同時，5G網絡可以支持不同場景的應用，尤其是支持各種物聯網和智能家居產品。下面結合筆者的工作總結，就5G無線通信場景需求與技術演進進行論述。

一、5G通信場景服務需求

從通信歷史來分析，用戶的需求升級是通信系統進行換代的最根本動力，因此如何把握用戶的需求，合理地預測未來的通信場景是進行技術升級的必要前提。在國家級研發團隊中，每一個組織都成立了專門的需求小組，專門針對本國家本地區用戶行為、需求進行跟蹤歸納，為今后的技術升級打下堅實的基礎。

中國的IMT-2020 5G需求組就是在當前中國通信環境下，結合中國的通信特點，對中國未來通信場景做出合理規劃、預測。總結起來就是“三高”：高轉換、高密度以及高速度。

高轉換意味著通信場景前后差異很大，可能上一秒還是單獨一人的洗手間，下一秒已經是人滿為患的大商場。未來的通信必然要適應這種不同的通信場景之間的來回切換。

高密度不但意味著在單位小區面積里要服務更多的用戶，同時意味著移動設備在特定的時間地點上接觸到的信息源密度將遠遠大于4G通信場景。為了滿足能夠在單位小區面積服務更多的用戶，最直接的想法就是小基站的廣泛部署，擴展更大的容量，支持更多的用戶。這種小基站式的布局關鍵問題是如何消除基站間的同頻干擾。高密度的另一個含義則更具挑戰性，根據NGMN歐洲5G通信需求組的構想，未來手機不僅僅接收來自基站本身的信號，甚至要接收處理來自用戶自身和周邊攜帶傳感器設備的信號，比如可穿戴儀器和汽車信號等等。在這種構想下，手機的應用范圍將會大大拓寬，不僅僅成為一個收集數據的接口，也是連接傳輸云端數據的紐帶，同時還是最終處理結果的表達中心，這將大大強化終端在未來移動通信的定位。因此如何在高速移動狀態下保持信號穩定，提高抗干擾能力是5G移動通信必須要考慮解決的問題。

二、5G技術演進路線

5G技術演進路線如圖一所示，LTE-A由3GPP R10版本最終確定，有很多新的性能需求被寫入標準，其載波聚合技術和Massive-MIMO技術是當今無線通信的熱門技術。載波聚合技術的出發點主要是將多個離散的載波結合起來從而提高帶寬，這樣可以有效地利用離散的頻譜以及適應異構網絡通信。一個主小區（PCell）和最多4個輔小區（SCell）一同服務同一個UE，其中PCell通常指的是UE在建立初始連接時選擇的小區，而其余的服務小區被統稱為SCell。所有的小區有相同的幀結構和上下行配置。載波聚合的參數配置和性能要求可參見R10的TR36.913。

Massive-MIMO主要是提高天線信號輸出的增強技術，目前重點研究的是8×8天線下行256QAM的實現，同時MU-MIMO和COMP技術也是該課題重要的研究方向。

5G通信技術另一個重要課題就是通信網絡架構的重組，云接入網C-RAN通過引入云計算的方法、工具和平臺，徹底顛覆了原有移動接入網的結構。在傳統的分布式基站網絡中，相鄰的基站通過X2口進行傳輸，其時延和backhaul容量一直制約LTE系統傳輸性能。而在C-RAN的架構下，基站之間的通信近似于理想的backhaul，同時又可以進行資源共享，通過負載均衡來克服困擾業界已久的潮汐效應。

另外，5G技術研究是對于原有硬件實現的功能進行邏輯抽象和再次劃分。網絡功能虛擬化NFV主要是對于現有傳輸模塊的邏輯功能進行重新劃分整合，使得很多邏輯功能不再依賴于專有的硬件來處理。這項技術最早由歐洲電信標準化組織ETSI提出，并在核心網得到了廣泛的應用。現在的發展趨勢是在接入網中也考慮引入NFV技術，因此如何對接入網功能模型進行抽象和劃分軟硬件功能是下一階段的主要課題。

5G新型無線傳輸信號增強技術發展方向可以分為以下4個方向：增加信號的有效功率、提高信號傳輸抗干擾技術、推薦頻段的通信模型建立以及高效率的上下行收發模式。

增加有效信號的發射功率的代表技術是LTE-A中提到的Massive-MIMO和CoMP技術。前者是通過增加天線的數量來提高發射信號功率，后者利用聯合信號來提高小區邊緣吞吐量。

新型調制解調技術是抗干擾技術一個重點方向，作為3GPP R13的研究項目，非正交多址接入技術NOMA被視為下一代數字調制技術的有力候選。其思想核心是將同一段視頻資源分配給不同的用戶，采用非正交傳送方式來提高吞吐量，其代價是需要精密的串擾消除技術和復雜的接收機結構。

5G的頻段大多在毫米波傳輸上，如何在毫米波進行無線通信，建立毫米波傳輸信道模型，是重要的研究課題。建立高效率的收發傳輸模式同樣也是也是提高頻段利用率的重要一個課題，靈活配置上下行傳輸的全雙工Full-Duplex方案在相關的會議上也已經立項研究。這些新的通信技術的涌現和發展是推動5G前進的最根本力量。

三、結論

綜上所述，本文從5G通信需求、演進路線、發展方向對于未來5G場景進行了探討。相信未來的通信將向著高密度、高速度方向演進。通信需求的提升必然會導致無線網絡的結構演進和通信新技術的涌現。此外，本文就通信網絡結構演進、邏輯功能抽象劃分、新通信頻段的傳輸模型建立、新型傳輸信號增強四個技術演進方向進行了重點介紹。這是目前通信網絡需求和技術的聯動，有利于推進了5G通信的持續發展。

參 考 文 獻

[1]湯進凱.面向4.5G演進的城域傳輸PTN網絡發展探討[J].移動通信，2016（19）.

[2]劉明.5G與Wi-Fi融合組網需求分析及關鍵技術研究[J].電信科學，2014（08）.