5G架構(gòu)、技術(shù)與發(fā)展方式探析

摘要：部分5G領(lǐng)軍人物探討了5G框架、技術(shù)、發(fā)展時(shí)間表與發(fā)展方式等熱點(diǎn)問(wèn)題。

5G的愿景與需求

　　工信部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所所長(zhǎng)王志勤稱，5G是面向2020年商業(yè)應(yīng)用的系統(tǒng)。對(duì)5G到底是一個(gè)什么樣的系統(tǒng)，到底能滿足哪些需求，今年國(guó)際電信聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了5G的愿景和需求。在國(guó)內(nèi)有IMT-2020(5G)推進(jìn)組，提出了我們國(guó)家對(duì)5G的理解。

　　*5G架構(gòu)

　　5G一方面在現(xiàn)有的4G進(jìn)一步提升，滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的需求，另外5G向各行各業(yè)拓展，因此說(shuō)5G是未來(lái)社會(huì)生活的基礎(chǔ)設(shè)施。圖1展現(xiàn)的是一個(gè)非常有名的、我國(guó)提出來(lái)的5G之花，其中六片花瓣代表了5G的性能指標(biāo)，下面三個(gè)葉子是它的能效指標(biāo)。從它的關(guān)鍵性能來(lái)看，和4G相比，也能夠體現(xiàn)對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的支持。一個(gè)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域提出了用戶體驗(yàn)速率，另外針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)提出來(lái)每平方公里達(dá)到百萬(wàn)級(jí)的連接密度、毫秒級(jí)的時(shí)延。

　　可以簡(jiǎn)單地將5G的主要場(chǎng)景劃分為兩大類：移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景和4G網(wǎng)比較相象，所以也包括了廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)多樣化場(chǎng)景，簡(jiǎn)單的來(lái)看，或者說(shuō)從非常具有挑戰(zhàn)意義的關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)看又劃分為兩個(gè)：1.低時(shí)延高可靠性場(chǎng)景，車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)場(chǎng)所在的環(huán)境;2.低功耗、大連接場(chǎng)景，如智能電網(wǎng)，抄表等，在此條件下連接和低功耗的要求挑戰(zhàn)最大。

　　對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)多樣化的場(chǎng)景，如何通過(guò)一個(gè)無(wú)線接口實(shí)現(xiàn)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)首先提出來(lái)5G軟空口或叫做靈活空口。空口是統(tǒng)一框架，能夠滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)各種場(chǎng)景的需要，同時(shí)又是一個(gè)靈活可配制的，它包括很多關(guān)鍵參數(shù)，比如幀結(jié)構(gòu)、調(diào)制方式、信道編碼等等，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景可以做不同的參數(shù)，我們可以形成一個(gè)最優(yōu)的解決方案滿足這個(gè)場(chǎng)景。

　　*5G關(guān)鍵技術(shù)

　　在整個(gè)架構(gòu)確定之后，5G的關(guān)鍵技術(shù)也是非常重要的一個(gè)元素。什么是5G關(guān)鍵技術(shù)?大家還在討論。因?yàn)閺拿髂觊_(kāi)始會(huì)在全球開(kāi)始5G標(biāo)準(zhǔn)的一些研究工作，所以哪些關(guān)鍵技術(shù)能夠進(jìn)入到標(biāo)準(zhǔn)中，其中除了它的先進(jìn)性以外，這種技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性和產(chǎn)業(yè)的成熟度也是評(píng)估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要素，從這兩個(gè)角度來(lái)說(shuō)也是本次大賽所特別驗(yàn)證的，也是對(duì)我們的標(biāo)準(zhǔn)化工作給予有力支撐的一個(gè)方面。

　　圖4中列出了部分5G的關(guān)鍵技術(shù)，有一些其實(shí)是在4G中有很多積累。包括大規(guī)模天線陣列，新型多址技術(shù)和超密集組網(wǎng)等。此外，針對(duì)新型的多載波和先進(jìn)的調(diào)制編碼技術(shù)，業(yè)界現(xiàn)在正在做很多研究，看它們到底在哪些方面是否可適用于5G。其中三大新空口算法就是重要的5G候選技術(shù)：

　　● F-OFDM(Filter-OFDM)，它能夠?qū)崿F(xiàn)空口物理層切片后向兼容LTE 4G系統(tǒng)、又能滿足未來(lái)5G發(fā)展的需求。它能將OFDM載波帶寬劃分成多個(gè)不同參數(shù)的子帶，并對(duì)子帶進(jìn)行濾波，而在子帶間盡量留出較少的隔離頻帶;可以將整個(gè)頻段按照未來(lái)不同種類的業(yè)務(wù)精細(xì)分割，對(duì)空口實(shí)現(xiàn)靈活切片更好支持不同業(yè)務(wù)的帶寬時(shí)延、可靠性需要，同時(shí)帶來(lái)頻譜資源利用率提升。

　　● 極化碼Polar Code，一個(gè)能達(dá)到香農(nóng)極限信道容量的特殊碼系，近年得到了5G標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)界的強(qiáng)烈關(guān)注。

　　● SCMA(稀疏碼多址接入)，是應(yīng)5G需求設(shè)計(jì)產(chǎn)生的一種非正交多址技術(shù)。其非正交疊加的碼字個(gè)數(shù)可以成幾倍大于使用的資源塊個(gè)數(shù)，從而成幾倍的提高頻譜利用率。

　　5G關(guān)鍵技術(shù)在為期7個(gè)月的“第一屆5G算法大賽“中得到很好的驗(yàn)證，此次大賽最大的感受就是驚喜!成功!這和華為提供算法培訓(xùn)，ALtera提供FPGA平臺(tái)支持以及高校學(xué)生的努力是分不開(kāi)的，這是高校和產(chǎn)業(yè)界合作的典范，也剛好為2016年即將開(kāi)啟的5G標(biāo)準(zhǔn)研究奠定了很好的基礎(chǔ)!

5G需要開(kāi)放、共贏

　　華為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)首席戰(zhàn)略官余泉稱，5G有一個(gè)非常美好的萬(wàn)物互聯(lián)的遠(yuǎn)景，相比以前的技術(shù)會(huì)有很大的差異。我們從第一代模擬移動(dòng)通信技術(shù)到現(xiàn)在正在使用的4G通信技術(shù)，主要解決的就是人的通信問(wèn)題和聯(lián)接需求問(wèn)題。5G將會(huì)把物的需求也納入進(jìn)來(lái)，這里面肯定會(huì)有很多技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)方面的改變?，F(xiàn)在的移動(dòng)通信是由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的，未來(lái)5G產(chǎn)業(yè)有很多垂直行業(yè)的參與者，我們的消費(fèi)者，也就是移動(dòng)通信的使用者都會(huì)參與到5G產(chǎn)業(yè)當(dāng)中去。有人說(shuō)，移動(dòng)通信發(fā)展到現(xiàn)在，是一個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)，而5G，有可能又將移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)重新變成一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。

　　萬(wàn)物互聯(lián)的世界對(duì)每個(gè)人都是激動(dòng)人心的事情。面向這樣的一個(gè)時(shí)代，華為認(rèn)為一個(gè)很重要的改變，就是要更加開(kāi)放。5G時(shí)代需要一個(gè)更加開(kāi)放，更加創(chuàng)新的環(huán)境。所以華為從投入5G第一天開(kāi)始，就抱著開(kāi)放的心態(tài)。華為在全球有9個(gè)重量級(jí)研究中心、超過(guò)500名專家參與到5G的研發(fā)，根據(jù)不同國(guó)家的科學(xué)家擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，不同研究中心覆蓋不同的方面，比如：華為俄羅斯研究所主要領(lǐng)域在算法，因?yàn)槎砹_斯的數(shù)學(xué)很強(qiáng)，有很多很強(qiáng)的數(shù)學(xué)家。

　　在這樣的研究布局基礎(chǔ)之上，華為跟全球頂尖高校都有合作，也包括國(guó)內(nèi)的西電、成電、清華和東南大學(xué)等。華為還和全球近10家頂級(jí)運(yùn)營(yíng)商在5G方面開(kāi)展合作，還參加了全球主要的5G產(chǎn)業(yè)組織。我們希望以這樣一種方式，整合全球的資源，來(lái)共創(chuàng)5G更美好的未來(lái)。

　　展望未來(lái)，5G會(huì)在2020年商用(如圖5和6)。中國(guó)政府宣布了2020年5G商用的目標(biāo)，韓國(guó)、日本、美國(guó)也宣布了類似的時(shí)間表。我相信中國(guó)的5G產(chǎn)業(yè)會(huì)在前幾代人的基礎(chǔ)之上，站在更加領(lǐng)先的位置。我們可以看到在全球的標(biāo)準(zhǔn)組織和頻譜組織已經(jīng)制訂相應(yīng)的時(shí)間表，為5G的到來(lái)做好準(zhǔn)備，服務(wù)于2020年的商用目標(biāo)。

　　華為從2009年開(kāi)始投入5G，目前約有500位以上的科學(xué)家和頂級(jí)專家專注于在5G研究。截止到目前基本上完成了大部分可能的5G技術(shù)篩選和技術(shù)研究，也在實(shí)驗(yàn)室完成了這些技術(shù)的驗(yàn)證，并且在成都建立了全球第一個(gè)基于5G候選技術(shù)的多用戶的外場(chǎng)。這個(gè)外場(chǎng)取得了非常好的、超出業(yè)界預(yù)期的結(jié)果。未來(lái)3~5年，華為會(huì)在全球主要5G的市場(chǎng)上和全球其他合作伙伴開(kāi)展外場(chǎng)和預(yù)商用測(cè)試，積極為5G產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第1期第14頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。