5G承載網絡關鍵技術研究

鐘林鋼

摘要：5G將是全頻譜接入，到5G，技術和頻譜將與頻段解耦，將有一個統一的空口技術，統一的無線網絡，低頻的宏蜂窩，中高頻的微蜂窩，高頻的本地接入，對于最終用戶來說，感受不到是采用什么接入技術，也感受不到是許可頻段還是免許可頻段。

關鍵詞：5G;關鍵技術;許可頻段

一、5G發展背景

一個5G。是因為先有了需求，才有了5G。什么需求？未來的網絡將會面對：1000倍的數據容量增長，10到100倍的無線設備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長的電池續航時間需求等等。坦白的講，4G網絡無法滿足這些需求，所以5G就必須登場。

但是，5G不是一次革命。5G是4G的延續，相信5G在核心網部分不會有太大的變動，5G的關鍵技術集中在無線部分。雖然5G最終將采用何種技術，目前還沒有定論。本文收集了5大關鍵技術，分別對這些技術作簡要介紹

二、5G的關鍵技術

1、非正交多址接入技術（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）

NOMA不同于傳統的正交傳輸，在發送端采用非正交發送，主動引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除技術實現正確解調。與正交傳輸相比，接收機復雜度有所提升，但可以獲得更高的頻譜效率。非正交傳輸的基本思想是利用復雜的接收機設計來換取更高的頻譜效率，隨著芯片處理能力的增強，將使非正交傳輸技術在實際系統中的應用成為可能。NOMA的思想是，重拾3G時代的非正交多用戶復用原理，并將之融合于現在的4G OFDM技術之中。

從2G，3G到4G，多用戶復用技術無非就是在時域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎上增加了一個維度——功率域。新增這個功率域的目的是，利用每個用戶不同的路徑損耗來實現多用戶復用。

2、濾波組多載波技術（FBMC）

FBMC利用一組不交疊的帶限子載波實現多載波傳輸，FMC對于頻偏引起的載波間干擾非常小，不需要CP（循環前綴），較大的提高了頻率效率。

3、毫米波（Millimeter Waves ，mm Waves）

什么叫毫米波？頻率30GHz到300GHz，波長范圍10到1毫米。由于足夠量的可用帶寬，較高的天線增益，毫米波技術可以支持超高速的傳輸率，且波束窄，靈活可控，可以連接大量設備。基于毫米波的移動通信回程，在采用毫米波信道作為移動通信的回程后，疊加型網絡的組網就將具有很大的靈活性（筆者注：相對于有線方式的移動通信回程。因為在未來的5G時代，小/微基站的數目將非常龐大，而且部署方式也將非常復雜），可以隨時隨地根據數據流量增長需求部署新的小基站，并可以在空閑時段或輕流量時段靈活、實時關閉某些小基站，從而可以收到節能降耗之效。

4、大規模MIMO技術（3D /Massive MIMO）

MIMO技術已經廣泛應用于WIFI、LTE等。理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。

具體而言，當前LTE 基站的多天線只在水平方向排列，只能形成水平方向的波束，并且當天線數目較多時，水平排列會使得天線總尺寸過大從而導致安裝困難。而5G 的天線設計參考了軍用相控陣雷達的思路，目標是更大地提升系統的空間自由度。基于這一思想的LSAS 技術，通過在水平和垂直方向同時放置天線，增加了垂直方向的波束維度，并提高了不同用戶間的隔離（如圖1 所示）。同時，有源天線技術的引入還將更好地提升天線性能，降低天線耦合造成能耗損失，使LSAS 技術的商用化成為可能。

由于LSAS 可以動態地調整水平和垂直方向的波束，因此可以形成針對用戶的特定波束，并利用不同的波束方向區分用戶。基于LSAS的3D 波束成形可以提供更細的空域粒度，提高單用戶MIMO 和多用戶MIMO 的性能。

基于3D 波束成形技術的用戶區分，大規模MIMO技術可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來實現，為實現在高頻段上進行移動通信提供了廣闊的前景，它可以成倍提升無線頻譜效率，增強網絡覆蓋和系統容量，幫助運營商最大限度利用已有站址和頻譜資源。

我們以一個20平方厘米的天線物理平面為例，如果這些天線以半波長的間距排列在一個個方格中，則：如果工作頻段為3.5GHz，就可部署16副天線;如工作頻段為10GHz，就可部署169根天線了。

5、認知無線電技術（Cognitive radio spectrum sensing techniques）

認知無線電技術最大的特點就是能夠動態的選擇無線信道。在不產生干擾的前提下，手機通過不斷感知頻率，選擇并使用可用的無線頻譜。

三、5G未來前景

5G時代的技術特征主要有三點：一是大容量，不僅是大家常說的1000倍容量增長，還包括用戶接入速率最高可達10Gbps，實現光纖般的接入體驗，使得用戶感受不到時延，與網絡“零距離”;二是大規模接入數量，5G不僅提供H2H的服務，還包括M2M、H2M，而未來的增長很大程度上來自于Internet of Things，這不僅帶來技術上的變化，還會給商業模式也帶來巨大的變革。

為了支撐無線業務持續增長，以及支撐ICT產業迎接大數據的挑戰，5G無線網絡將會在2020-2030年間投入運營。其中最關鍵的驅動因素是未來十年內1000倍的無線數據流量增長、1000億鏈接的物鏈網無線聯網的新商機、以及全頻譜無線接入所帶來的超高速無線鏈接。這樣的高速無線鏈接能給用戶帶來光纖般的體驗——10 G bit每秒——比當今市面上最快的移動終端還要快100倍！以此實現信息管道的極致境界：超寬帶，零等待，全智能，終端客戶與網絡的距離將完全消失。

參考文獻

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