統一、靈活、可配置 中興5G新空口：向商用邁進

魏濤

5G是全球移動通信行業和ICT生態系統的下一個創新前沿，5G將會極大地擴展并增強移動互聯網的應用領域，并支撐未來豐富的IoT應用。

從技術特性看，5G相比3G/4G具有速度更快、時延更低、可靠性更高、支持大連接能力更強、備選頻譜更廣泛、業務模式更多樣化、部署形態更豐富、網絡架構更加彈性化等顯著優勢。

從應用場景看，3G/4G更多的是滿足語音以及數據業務需求，5G則聚焦于增強移動寬帶、海量連接物聯網、垂直行業應用等領域，相比3G/4G更能體現IT和CT的深度融合，是實現未來世界“萬物互聯”的關鍵載體。

5G的前沿應用將促使系統能力相比3G/4G有大幅提升，比較有代表性的幾個技術特征是：1ms的超低時延、10Gbps及以上的超大吞吐量、百萬級的超大規模接入能力。

而系統能力的提升必然與挑戰相生相伴。5G可用低頻頻譜資源十分緊張，為突破頻譜資源的限制，5G將會在高頻頻譜應用方面進行拓展。5G系統支持的業務更加多樣化，系統部署形態更加豐富，為此5G系統需要靈活地支持低頻和高頻部署及高低頻混合組網部署，同時5G系統也需要靈活支持超大容量、超大規模、超低時延的應用。

因此，5G系統需要進行靈活的空口和網絡架構設計。中興通訊經過長期深入的研究和探索，系統性提出構建統一、靈活、可配置的空口和網絡架構，本文主要探討空口技術。

5G新空口關鍵特性

空口包括物理層、鏈路層和網絡層，最重要的是物理層。2G/3G/4G主要的區別就在于空中接口的物理層，物理層涉及各種技術（包括波形、調制、編碼、雙工、天線、接入等），實現復雜度也更高。因此，空口物理層技術的發展是移動通信系統發展的標志。

相比3G/4G空口，5G空口我們通常稱之為5G新空口，亦稱5G NR（5G New Radio Access Technology） 。3GPP已啟動了5G新空口的研究項目，旨在制定一個基于OFDM的全新5G無線空口標準。

如圖1，一種比較好的面向5G的空口設計包含3層結構，底層引入抽象物理層，采用統一框架設計的波形和幀結構，靈活適配多種業務和全頻段部署的要求，對不同的業務和頻段完全透明；中間層可按照業務類型實現靈活的網絡切片和彈性的資源分配；頂層引入業務感知功能，并實現動態、智能的業務聚合。

5G通過新空口技術將連接一切——不論是智能手機還是汽車，甚至整座城市的基礎設施都將通過5G NR實現互聯互通。除了充當一個統一的連接框架外，5G NR還將網絡的數據速度、容量、時延、可靠性、效率和覆蓋能力都提升到全新水平，并將充分利用每一比特的可用頻譜資源。

根據國際電聯ITU提出的5G愿景，5G未來將會面向三大場景提供必要支持：eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（大規模物聯網）、uRLLC（低時延高可靠連接）。5G NR將會契合5G三大場景的技術需求，通過大規模天線技術Massive MIMO、自包含幀結構、基于OFDM的可擴展波形技術、基于低時延的時隙結構以及先進的編碼與調制方案等新技術和新設計，完美應對5G挑戰。

5G NR中的Massive MIMO技術相比Pre5G更加靈活，充分考慮前向兼容性，各種傳輸機制之間可快速切換及兼顧高低頻統一設計。

5G NR的自包含子幀Self-contained設計，在相同子幀內包含上下行傳輸，實現數據傳輸和解碼確認，從而實現更低延遲。Self-contained的子幀設計亦支持前向兼容性、自適應UL/DL配置，適配大規模天線技術。

5G NR將會基于OFDM波形技術，在40GHz頻段以下的eMBB和uRLLC場景下行采用CP-OFDM波形，上行以CP-OFDM為主，DFT-S-OFDM波形為補充。研究表明，上行鏈路支持DFT-S-OFDM和CP-OFDM具有互補優勢，基于場景自適應切換對于DFT-S OFDM的鏈路預算和MIMO空間復用都有好處，同時5G NR子載波間隔為15～480kHz，具備靈活可擴展特性。

為支持高可靠低時延業務，5G NR將考慮超短幀設計，方法一是減少slot中的OFDM數量，設計新的mini-slot，比如2個OFDM符號，方法二是使用更大的子載波間隔，比如30/60kHz。

支持任意碼長和碼率，支持有限循環緩存速率匹配的5G新型LDPC編碼。

5G新空口，向商用邁進

基于在5G領域雄厚的研究積累，中興通訊在2017年巴塞羅那世界移動通信大會上發布了業界最小的基于3.5GHz和28GHz的5G NR 新空口AAU產品。產品支持最新的5G NR能力，并且具備面向R15完整版新空口標準的軟件升級演進能力，高低頻混合組網將為運營商在網絡覆蓋和承載能力上提供巨大支持。

5G NR基站可將5G波束賦型技術、大規模MIMO等創新技術應用在網絡中，這些功能在增強用戶體驗的同時，提高網絡容量，擴展網絡覆蓋范圍，并大幅減少網絡干擾，提供“潔凈”網絡。

今年2月，中興通訊與高通公司子公司及中國移動聯合宣布，計劃合作開展基于5G新空口規范的互操作性測試和OTA外場試驗。

試驗將基于中國移動的5G指導建議，使用基于高通技術的終端原型和中興通訊的基站解決方案，模擬真實場景并支持廣泛的5G NR用例和場景部署。試驗將使用多項先進的3GPP 5G NR技術，包括大規模多輸入多輸出（MIMO）天線技術、自適應獨立TDD、多項波束技術、基于 OFDM的波形等。這些技術將滿足新興的AR、VR、云計算等業務的數據連接需求，也滿足一些低延遲服務的使用，如無人駕駛汽車、無人駕駛飛機等。

該試驗將基于3.5GHz頻段展開，旨在推動無線生態系統實現5G NR 技術的大規模快速驗證和商用，使符合3GPP Rel-15標準的5G NR基礎設施和終端能夠到位，用以支持商用網絡的及時部署。上述互操作性測試和試驗將在2017年下半年在中國啟動。

5G新空口已經逐步實現從理論研究到產品商用的過渡，這也標志著5G離商用越來越近，讓我們共同期待未來萬物互聯的新時代。