淺談5G研究現狀與網絡關鍵技術

摘 要：首先闡述了5G的業務需求以及應用場景;然后分別從ITU，3GPP，IMT-2020（5G）推進組等三方面總結了5G發展現狀;接著分析了大規模天線、超密集組網、新型多址、全頻譜接入等關鍵技術的測試需求;最后對5G網絡關鍵技術所面臨的測試挑戰進行了總結。

關鍵詞：5G;大規模天線;超密集組網;新型多址;全頻譜接入;測試

1 概述

5G是面向2020年及未來的移動通信技術，5G究竟將滿足人們怎樣的應用需求？暢想未來，5G會擁有哪些主要技術場景？國際電信聯盟指出未來的5G具有以下三大主要的應用場景：（1）增強型移動寬帶（eMBB） ; （2）超高可靠與低延遲的通信（uRLLC）; （3）大規模機器類通信（mMTC ）。

2 5G研究現狀

3 GPP作為國際主流移動通信標準組織，也積極啟動了5G議題討論，并承諾在2019年6月的ITU-R WP5D #32會議上，提交初步的技術文檔;在2020年10月的ITU-R WP5D #36會議上，提交詳盡的技術規范文檔。在3GPP中，SA1/SA2確定的各項業務/系統需求，RAN工作組確定無線接入方面的各項需求。2015年2月，3GPP啟動了業務需求工作組（SA1）工作組，同年3月，啟動了無線接入網（BAN）工作組，重點討論5G工作計劃，2015年底啟動5G接入網需求、信道模型等前期研究工作[3]0

5G標準化工作分為三個階段完成：在R14階段，主要進行相關標準研究工作，2016年1月正式啟動5G新型網絡架構的研究，2016年6月啟動5G無線技術研究，這標志著3GPP 5G標準研究正式啟動。在R15和R16階段，正式進行5G標準的實際制定工作，其中，2018年6月，完成R15版本，完成獨立組網5G新空口和核心網標準化，支持增強移動寬帶和低時延高可靠兩大場景，滿足2020年商用需求。2019年9月，正式完成R16版本，也即5G完成標準，支持增強移動寬帶、低時延高可靠和低功耗大連接三大場景，完全滿足ITU技術要求。

3 關鍵技術測試需求

5G系統中無論是移動互聯網業務還是移動物聯網業務都比4G系統有顯著增加，因此需要引入多項新的關鍵技術才能達到5G新的技術需求。這些新型關鍵技術包括大規模天線、超密集組網、新型多址、全頻譜接入等。在5G樣機測試階段，需要對這些關鍵技術進行測試，下面分別針對這幾項關鍵技術進行說明并總結測試需求。

3.1大規模天線

5G基站可支持配置數百根天線和數十個天線端口的大規模天線，并通過多用戶MIMO技術，支持更多用戶的空間復用。這種對空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴而稀缺的頻帶資源，并且幾十倍地提升網絡容量。另外，這種大規模天線還可以用于6 GHz以上的高頻段。大規模天線的測試需求主要集中于測試其所帶來的系統頻譜和效率提升，具體包括：

（1）小區覆蓋拉遠測試;

（2）用戶在靜止時的小區平均頻譜效率/平均速率、小區邊緣頻譜效率/邊緣速率、小區峰值速率測試;

（3）用戶在中低速車載下的小區平均頻譜效率/平均速率、小區邊緣頻譜效率/邊緣速率測試。

3.2超密集組網

超密集組網通過小基站加密部署提升空間復用的方式，成為解決未來5G網絡數據流量1 000倍以及用戶體驗速率10-100倍提升的有效解決方案。其基本思想是縮短發送端和接收端的物理距離，從而提升終端用戶的性能。相比于傳統的宏基站部署。超密集小區優點包括：小區由用戶部署，導致了部署成本的大量減少;密集小區的配置靈活，通過智能的使用規則可以達到減小干擾和提高能效的目的;密集小區部署可以徹底解決覆蓋盲區問題，實現用戶無縫保持連接的需求以及小區之間的負載均衡。

3.3新型多址

面向5G，新型非正交多址接入技術日益受到產業界的重視。以SCMA， PDMA和MUSA為代表的新型多址技術通過多用戶信息在相同資源上的疊加傳輸，在接收側利用先進的接收算法分離多用戶信息，不僅可以有效提高系統頻譜效率，還可以成倍增加系統的接入容量。此外，通過免調度傳輸，也可有效簡化信令流程，并降低空口傳輸時延。

新型多址技術的測試需求（上行和下行新型多址均可開展以下三類測試）包括：

（1）使用新型多址后，與正交多址相比，驗證多用戶吞吐量的增益性能;

（2）使用新型多址后，與正交多址相比，在相同資源下，驗證接入/服務的用戶數目的提升（此時，考慮終端用戶數比較多，數據包比較小）;

（3）使用新型多址后，潛在可設計免調度的競爭隨機接入機制;測試與正交多址相比，驗證新型多址帶來的接入時延的降低。

3.4全頻譜接入

全頻譜接入技術通過有效利用各類移動終端頻譜資源來提升數據傳輸和系統容量。所涉及頻段包括6 GHz以下的低頻段和6-100 GHz的高頻段、授權與非授權頻譜、對稱與非對稱頻譜、連續與非連續頻譜等。其中6 GHz以下的低頻段是5G的核心頻段，主要用于無縫覆蓋，6 GHz以上的高頻段是5G的輔助頻段，主要用于熱點高容量場景，提升區域速率。

全頻譜接入測試的重點在系統對高帶寬支持能力、高頻覆蓋能力、高頻波束跟蹤技術、高低頻混合組網等方面，具體包括：

（1）小區覆蓋拉遠測試;

（2）用戶在靜止時的小區平均速率、小區邊緣速率、小區峰值速率測試;

（3）用戶在低速（步行）移動下的小區平均速率、小區邊緣速率測試;

（4）組網移動性切換測試。

4? 5G面臨的挑戰

為達到大于1 Gbit/s平均值和大于10 Gbit/s峰值的高速率數據傳輸，未來5G系統將使用大規模天線、超密集組網、新型多址、全頻譜接入等多種新技術，形成統一的并能按照業務需求進行動態配置的空中接口和網絡架構等。5G系統測試技術和產品的設計思想、研發方法、測試接口、關鍵性能指標等都必須跟隨甚至領先于相應的5G核心技術發展而演進。

此外，5G測試系統本身的正確性和有效性也需要先被驗證，但系統的復雜性和多樣性使傳統的工程驗證方法不能充分保證5G測試系統的正確性和有效性。因此，針對5G系統的測試工作需要整個產業界通過密切的合作，將測試功能作為5G系統設計的關鍵之一，推動5G系統和5G測試系統的共同研發。

參考文獻：

[1]IMT2020（5G）推進組.5G愿景與需求白皮書[R]，2014.

作者簡介：

李深鏗（1986-），男，漢，廣西北流市，學士，中國聯合網絡通信有限公司玉林市分公司，主要研究無線網絡優化。