5G 關鍵技術及應用

郭玉倩，張九麗

（河南省信息咨詢設計研究有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

2018 年12 月10 日，工信部正式發文向中國電信、中國移動、中國聯通發放了5G 系統中低頻段試驗頻率使用許可，三大運營商5G系統試驗頻率分配如表1所示。

表1 三大運營商5G 系統試驗頻率分配表

1 5G 部分關鍵技術

1.1 大規模MIMO 技術

傳統的TDD 網絡的天線基本是2 天線、4 天線或者8天線，而大規模MIMO技術的通道數達到64/128/256個。該技術適用于宏蜂窩小區和中心基站[1]。

1.2 超密集組網（UDN）

在5G 的典型熱點高容量典型場景中，為了實現5G 網絡的高流量密度、高峰值速率、高用戶體驗速率，將采用宏微異構的超密集組網架構進行部署。

1.3 新型多址技術

以PDMA、SCMA 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，在接收側采用先進的接收算法分離多用戶信息，相比于OFDM，不但可以提供更高的頻譜效率，支持更多的用戶連接數，還可以有效降低時延。該技術可以作為未來5G 系統的基礎性核心技術之一。

1.4 新型多載波技術

基于濾波器組的正交頻分復用(FB-OFDM)技術，即在收發端通過多相濾波器進行子載波級濾波，簡化實現的復雜度，能根據不同場景的需求側重點，選擇合適的波形函數調制發射數據，從而靈活地適用于不同的業務。

1.5 認識無線電技術（CR）

認識無線電技術就是在不產生干擾的前提下，終端通過對頻段進行持續的頻譜偵聽，獲取某一頻段在時域、頻域、空域的使用空隙，從而實現對頻譜見縫插針的利用，提高了頻譜利用率。

2 5G 三大典型應用場景

2.1 eMBB

增強移動寬帶，針對大流量移動寬帶業務，是5G的基礎業務應用，是5G 網絡最早實現商用、最為核心的場景。例如4K/8K 超高清視頻、增強現實和虛擬實現等業務，將廣泛應用于賽事/大型活動、智慧旅游、教學培訓、視頻監控等領域[2]。

2.2 uRLLC

超高可靠超低時延通信，將突破原有移動通信的行業局限，廣泛應用于網聯智能汽車、智能制造、智慧電力、無線醫療等更多領域。例如無人駕駛等業務（3G 響應為500 ms，4G 為50 ms，5G 要求0.5 ms）。

2.3 mMTC

大連接物聯網，針對大規模物聯網業務，是5G 三大應用場景中面向物聯網業務的場景，對網絡感知實時性要求低，但對終端密集程度要求高。延續現有的eMTC/NB-loT 物聯網平臺，將物聯網應用滲透到人們的工作、休閑、居住、交通等各個領域，典型應用場景包括基于園區的智慧安防、樓宇管理、資產/人員管理等，以及基于城市的市政管理、環境管理、物流等眾多領域。

5G 建設初期，主要聚焦eMBB 場景，后續視業務需求和產業鏈情況，逐步滿足uRLLC 和mMTC 需求。

3 5G 核心網及無線網絡搭建

3.1 核心網

5G 網絡以SA 作為目標架構，初期采用NSA 架構進行規模試驗，產業鏈成熟后，采用SA 架構進行規模部署。NSA 階段，對于有切片需求的區域，可采用NSA/SA 雙模組網，支撐2B（政企客戶）業務發展。

NSA 組網是以現有的LTE 接入和核心網作為移動性管理和覆蓋的錨點，新增5G 接入的方式。引入雙連接概念，信令面由主站處理，用戶面可選擇走主站或者從站，以Option3 為例，LTE 做為主站，5/4G 互操作由主基站控制完成。

SA 組網，是指5G NR 獨立組網，直接接入5G 核心網。終端同時只保持4G 或5G 的用戶面連接，4G 和5G 可采用切換流程進行互操作，可能涉及4G/5G 核心網間互操作。

3.2 無線網

按照5G 網絡“宏微協同，立體分層”的網絡架構，如圖1 所示。5G 基站選址應采用集中式、共享式的建設方式。宏基站用于水平空間30 m 以下的廣域覆蓋；微站用于深度覆蓋和熱點覆蓋，同時彌補宏站廣覆蓋的不足；室內數字分布系統用于樓宇深度覆蓋和30 m以上高層覆蓋，最終形成“室內外協同覆蓋，分層式滴灌覆蓋”。

5G 網絡建站初期，應首先選擇現網LTE 站址共站建設，應充分挖掘存量站址資源，快速規模化建站。5G 時代，微站在網絡深度和厚度覆蓋上起著非常重要的作用。微站站址需求將爆發式增長，其主要建設方式有利用社會桿塔資源、利用社會建筑物資源、利用自有站址資源、新建桿塔等方式。

4 5G 建設對基站配套的影響

5G 基站部署方式主要有3 種：CU/DU 合設+AAU； CU 云 化+DU 分 布 式 部 署+AAU；CU 云 化+DU 云 化+AAU。結合國內運營商網絡現狀，我國5G 建網初期，主要以第一種5G 基站部署方式為主，即CU/DU 合設+ AAU。CU/DU 云化集中設置，AAU 拉遠。集中設置機房需安裝多套CU/DU，集中設置機房需安裝多個綜合柜。

圖1 5G 無線網絡宏微協同立體分層網絡架構圖

5G 時代基站將翻倍增加、5G 網絡設備功耗和重量大幅增加，這對基站電源配套、塔桅天面配套、基站傳輸配套提出了更高要求。5G 規模部署前，對基站配套的全面梳理和改造，將有利于5G 網絡的快速建設和發展。

4.1 機房供電需求高

標準5G 基站的典型功耗約為4～5 kW，現網標準4G 基站的典型功耗約為15 kW 左右，5G 設備與4G 設備相比，功耗提升約3～4 倍。

在3/4/5G 網絡共站，且三家運營商多制式共站的情況下，絕大部分存量站點電源系統需要擴容改造。

5G 高功耗最大的影響是電源系統，一方面設備功率增加導致開關電源容量、電池容量需求增大，另一方面蓄電池容量加大導致蓄電池充電功率增加，進一步提高了開關電源的容量需求。交流配電箱、開關電源整流模塊、蓄電池、空調等配套，絕大部分存量站點需要擴容改造。

4.2 基站塔桅天面需改造

“宏微結合，立體分層”，宏站站址加密，微站需求爆發，需要更多的桿類、內墻、外墻、建筑物附屬設施等站址資源。

AAU 內置陣列天線，天面掛載重量為40 kg 左右，天面擋風面積0.4 m2左右。AAU 需單獨占用一個天面，無法與傳統天線合路。現網標準4G 基站的天面掛載重量為30 kg 左右，天面擋風面積0.5 m2左右。5G 與4G相比，天面掛載重量上升約30%，天面擋風面積約下降20%。需復核塔桅、加固改造。

4.3 站點傳輸資源需改造

5G 基站的前傳帶寬需求25GE/2×10GE/100GE，每AAU 需2 根光纖（單芯單向）或1 根（單芯雙向）。

5 結 論

本文闡述了有關第五代移動通信系統的相關知識，以供參考。