移動(dòng)創(chuàng)未來(lái) 5G展望將超寬帶

　　前言

　　隨著4GLTE進(jìn)入規(guī)模商用，面向未來(lái)的第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）已成為全球通信界的重點(diǎn)課題，5G的研發(fā)也在世界范圍內(nèi)如火如荼地展開(kāi)。2014年5月底，“IMT-20205G峰會(huì)”上，第一份5G白皮書(shū)——《5G愿景與需求白皮書(shū)》也已經(jīng)亮相，預(yù)示著未來(lái)5到10年，5G將成為整個(gè)行業(yè)最熱門的話題。

　　5G的展望

　　讓我們一起想像，5G會(huì)帶給我們什么樣的場(chǎng)景？未來(lái)的世界，就像一部科幻片一樣，高清視頻、醫(yī)療、教育、智能家居、購(gòu)物、導(dǎo)航等等都可通過(guò)各種移動(dòng)終端輕松實(shí)現(xiàn)；房子、車子、各種消費(fèi)品，都能夠聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生存，展望未來(lái)的生活，5G能實(shí)現(xiàn)千億個(gè)海量鏈接，幾乎所有的消費(fèi)品、工業(yè)品、物流等都可以連在網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)互通，5G的應(yīng)用將開(kāi)啟物聯(lián)網(wǎng)的新時(shí)代。對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，一部手機(jī)就可以幫你完成所有事情。無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)，讓我們的生活變得輕松自在，可經(jīng)通過(guò)手機(jī)經(jīng)常“泡”在網(wǎng)上，可以隨時(shí)訂購(gòu)誘人的美食，挑選款式新穎的服裝，觀看最新的電影，而5G技術(shù)就會(huì)帶來(lái)革命性的突破，讓人們體驗(yàn)到更真實(shí)的虛擬世界。5G還會(huì)打開(kāi)用戶嶄新的體驗(yàn)，如視覺(jué)通信可能會(huì)成為主流應(yīng)用，人們可以實(shí)現(xiàn)跨越遠(yuǎn)距離的即時(shí)視頻互動(dòng)，帶來(lái)身臨其境的信息盛宴。

　　對(duì)大多數(shù)用戶而言，5G技術(shù)最直觀的特性在于速率是4G的100倍，可以達(dá)到幾個(gè)Gbps,用5G手機(jī)上網(wǎng)的速率與目前家庭光纖接入速率類似。5G技術(shù)將提供超級(jí)容量的帶寬，短距離傳輸速率達(dá)10Gbps，這意味著用戶幾乎不受限制地傳輸大量數(shù)據(jù)文件，瞬間下載一部電影，在線視頻、3D電影和游戲等高帶寬的應(yīng)用也暢通無(wú)阻。當(dāng)用戶以任何方式接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、讀取任何數(shù)據(jù)時(shí)都不需要網(wǎng)絡(luò)的等待，用戶感受的不僅僅是速度，而是高質(zhì)量的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬(wàn)物觸手及”的愿景。到5G規(guī)模應(yīng)用的時(shí)候，整個(gè)世界越來(lái)越成為一個(gè)‘地球村’，物理上的距離將被信息高速公路大大縮小。

　　業(yè)界人士認(rèn)為，5G技術(shù)會(huì)大大地刺激互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也將極大帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。萬(wàn)物互聯(lián)的背景下，加上高速率的保證，移動(dòng)信息消費(fèi)潛力巨大。2020年前后，5G技術(shù)或?qū)⒖梢詫?shí)現(xiàn)商用應(yīng)用。

　　5G原理和關(guān)鍵技術(shù)

　　5G需要具備比4G更高效，其頻譜效率、能效和成本效率將會(huì)大幅改善，從而保證5G的可持續(xù)發(fā)展。5G技術(shù)支持0.1～1Gbps的用戶體驗(yàn)速率，每平方公里一百萬(wàn)的連接數(shù)密度，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，每平方公里幾十Tbps的流量密度，每小時(shí)500Km以上的移動(dòng)性和數(shù)十Gbps的峰值速率。同時(shí)，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)的效率，相比4G，頻譜效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

　　5G的關(guān)鍵能力，猶如一株綻放的鮮花，其性能需求和效率需求共同定義了5G的關(guān)鍵能力，猶如一株綻放的鮮花，紅花綠葉，相輔相成。花瓣代表了5G的六大性能指標(biāo)，體現(xiàn)了5G滿足未來(lái)多樣化業(yè)務(wù)與場(chǎng)景需求的能力，其中花瓣頂點(diǎn)代表了相應(yīng)指標(biāo)的最大值；綠葉代表了三個(gè)效率指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)5G可持續(xù)發(fā)展的基本保障。

　　在關(guān)鍵技術(shù)方面，高頻段通信，非正交傳輸、多天線陣列、超密集組網(wǎng)、C-RAN架構(gòu)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）等均被認(rèn)為是5G的潛在關(guān)鍵技術(shù)。先介紹一下主要的關(guān)鍵技術(shù)：

　　1．高頻段通信

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通常的工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分有限，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富。高頻段在移動(dòng)通信中的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，它能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動(dòng)通信的主要優(yōu)點(diǎn)，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)。射頻器件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題也有待進(jìn)一步研究和解決。

　　目前已經(jīng)有研發(fā)機(jī)構(gòu)利用一種毫米波的技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，采用64個(gè)天線組，克服高頻段不利傳播難題，在兩公里多距離內(nèi)，每秒鐘傳輸超過(guò)千兆字節(jié)數(shù)據(jù)。

　　2．多天線陣列

　　多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源，從2D二維到3D三維，從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。由于引入了有源天線陣列，基站側(cè)可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達(dá)到128根。此外，原來(lái)的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術(shù)，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結(jié)合高頻段毫米波技術(shù)，將進(jìn)一步改善無(wú)線信號(hào)覆蓋性能。

　　目前研究人員正在針對(duì)大規(guī)模天線信道測(cè)量與建模、陣列設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)、導(dǎo)頻信道、碼本及反饋機(jī)制等問(wèn)題進(jìn)行研究，未來(lái)將支持更多的用戶空分多址（SDMA），顯著降低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，提升覆蓋能力。

　　3．D2D終端間直傳

　　傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式是以基站為中心實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無(wú)法移動(dòng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務(wù)提供方式已無(wú)法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求。

　　D2D技術(shù)無(wú)需借助基站的幫助就能夠?qū)崿F(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時(shí)延和較低的功耗；通過(guò)廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。目前，D2D采用廣播、組播和單播技術(shù)方案，未來(lái)將發(fā)展其增強(qiáng)技術(shù)，包括基于D2D的中繼技術(shù)、多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等。

　　4.同時(shí)同頻全雙工

　　最近幾年，同時(shí)同頻全雙工技術(shù)吸引了業(yè)界的注意力。利用該技術(shù)，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。

　　全雙工技術(shù)能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術(shù)需要具備極高的干擾消除能力，這對(duì)干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問(wèn)題。在多天線及組網(wǎng)場(chǎng)景下，全雙工技術(shù)的應(yīng)用難度更大。

　　5.新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　目前，LTE接入網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)，減小了系統(tǒng)時(shí)延，降低了建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。未來(lái)5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN通過(guò)結(jié)合集中化的基帶處理、高速的光傳輸網(wǎng)絡(luò)和分布式的遠(yuǎn)端無(wú)線模塊，形成綠色清潔、集中化處理、協(xié)作化無(wú)線電、云計(jì)算化的無(wú)線接入網(wǎng)構(gòu)架。C-RAN的基本思想是通過(guò)充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無(wú)線信號(hào)，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無(wú)線接入系統(tǒng)。C-RAN架構(gòu)適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù)，減少運(yùn)營(yíng)支出。目前的研究?jī)?nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等。

　　6．超密集組網(wǎng)

　　在未來(lái)的5G通信中，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。未來(lái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實(shí)現(xiàn)未來(lái)5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來(lái)，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)100個(gè)以上。

　　與此同時(shí)，愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長(zhǎng)的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點(diǎn)。

　　5G進(jìn)展分享

　　近2年，IMT-20205G推進(jìn)組一如既往地與全球5G相關(guān)組織、運(yùn)營(yíng)商，設(shè)備廠商、高校和科研機(jī)構(gòu)一道，共同推動(dòng)5G的發(fā)展。歐盟METIS、韓國(guó)5G論壇、日本ARIB等組織參與過(guò)5G技術(shù)討論。

　　2013年5月28日，IMT-20205G峰會(huì)在北京召開(kāi)，會(huì)議主題為“5G愿景展望”，各單位代表圍繞5G目標(biāo)、能力及關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題進(jìn)行了深入交流。5G研究組織的代表介紹了各自在5G愿景、需求、目標(biāo)、能力、關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化和頻譜等方面的研究進(jìn)展及觀點(diǎn)。峰會(huì)對(duì)全球業(yè)界在5G目標(biāo)、能力及關(guān)鍵技術(shù)等方面達(dá)成共識(shí)起到了重要的推動(dòng)作用。

　　上海貝爾的技術(shù)專家也參加了峰會(huì)，并介紹了對(duì)5G目標(biāo)、關(guān)鍵能力和潛在技術(shù)的理解，以及在5G無(wú)線傳輸及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上的最新研發(fā)成果。其中，2010年貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了大規(guī)模MIMO陣列天線技術(shù)，包括3D-MIMO，可使能量效率提升10倍，很可能成為5G網(wǎng)絡(luò)最具革命性的技術(shù)之一。阿爾卡特朗訊/上海貝爾已經(jīng)開(kāi)始了5G戰(zhàn)略布局,以搶占5G產(chǎn)業(yè)先機(jī),目前已有上百人投入到5G標(biāo)準(zhǔn)討論和測(cè)試研發(fā)工作，保持在通信基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的世界第一梯隊(duì)。

　　5G之所以強(qiáng)大而獨(dú)特，是因?yàn)樗⒅赜诟纳平K端用戶體驗(yàn)而不單單聚焦在空口速率上。在今年6月中旬的亞洲通信展上，上海貝爾將帶您感受貝爾實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新之道，打破覆蓋、容量和成本的制約，一起加速5G技術(shù)的創(chuàng)新。

來(lái)源： CCTIME飛象網(wǎng)

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