5G無線傳輸技術(shù)發(fā)展趨勢

  魏克軍 萬屹 王志勤 2014-07-17  來源:泰爾網(wǎng)    　　

摘要：  　　文章認(rèn)為移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)是未來5G發(fā)展的主要驅(qū)動力，面向2020年及未來，千倍以上的流量增長和極致的用戶體驗將是5G面臨的重要挑戰(zhàn)。5G演進存在三條演進路線，即蜂窩網(wǎng)演進，無線局域網(wǎng)和可能的革命性技術(shù)路線。為滿足5G需求，需要從無線傳輸技術(shù)、無線組網(wǎng)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)架等層面實現(xiàn)創(chuàng)新，其中，在無線傳輸技術(shù)層面，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、非正交傳輸、全雙工等都有可能成為未來5G的重要技術(shù)方向。  　　

關(guān)鍵詞：全雙工 C-RAN NOMA  　　

Abstract:  　　In this paper, Mobile Internet and Internet of Things are considered to be the main driving forces of the development of 5G. Towards year 2020 and future, more than one thousand times growth of data traffic and the pursuit of perfect user experience are the main challenges of 5G. There are three technical roadmaps for 5G, including LTE-Advanced evolution, WLAN evolution and possible revolutionary technologies. In order to meet the 5G requirements, the innovations from wireless transmission technologies, wireless networking technologies and network architecture are needed, in wireless transmission technology level, Massive MIMO, Ultra Dense Network, NOMA and full duplex etc. will be important technology direction for 5G.  　　

 　　一、引言

  　　至今為止，移動通信延續(xù)了每10年出現(xiàn)一代新技術(shù)的發(fā)展周期。80年代人們使用第一代模擬制式的移動通信技術(shù)，1991年第二代移動通信系統(tǒng)GSM開始商用，2000年前后出現(xiàn)IMT-2000第三代移動通信技術(shù)，2010年國際電聯(lián)（ITU）確定4G國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，4G已在全球開始規(guī)模商用，面向2020年及未來的發(fā)展，業(yè)界正在開始新的探索，研究第五代移動通信技術(shù)，即5G。

  　　智能終端的普及以及移動業(yè)務(wù)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，促使移動互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展趨勢，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，無線業(yè)務(wù)流量以每年接近100%的速度增長，這意味著未來十年，無線數(shù)據(jù)流量將增長1000倍。移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展將成為未來5G發(fā)展的主要驅(qū)動力，未來的5G將服務(wù)于人們?nèi)粘�學(xué)習(xí)工作生活的方方面面，如：無線支付、移動辦公、智能家居、位置服務(wù)、遠程醫(yī)療等等。同時，也將與電網(wǎng)、交通、醫(yī)療、家居等傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，衍生出大量以物為主體的終端。這些都對未來的5G的性能指標(biāo)提出了更多，更高的要求，與4G相比，除了速率、時延等傳統(tǒng)的空口性能指標(biāo)需要進一步提升外，還需要考慮用戶體驗速率、連接數(shù)密度、頻譜效率、能效以及成本等進一步體現(xiàn)5G系統(tǒng)的先進性的指標(biāo)。

  　　為滿足面向2020年及未來的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，需要研究未來的5G技術(shù)演進路線，分析目前業(yè)界提出的潛在5G關(guān)鍵技術(shù)，進行深入的分析研究，針對未來5G典型應(yīng)用場景，最終提出滿足未來5G關(guān)鍵性能指標(biāo)的5G系統(tǒng)方案。

  　　二、5G技術(shù)演進路線

  　　目前，4G已經(jīng)進入規(guī)模商用階段，5G是繼4G后新一代的移動通信技術(shù)，從移動通信發(fā)展現(xiàn)狀以及技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)的演進趨勢來看，未來5G移動通信技術(shù)的演進存在三條重要的演進路線，分別為以LTE/LTE-Advanced為代表的蜂窩演進路線；WLAN演進路線和革命性演進路線。

  　　首先，LTE/LTE-Advanced已經(jīng)是事實上的全球統(tǒng)一的4G標(biāo)準(zhǔn)，并將會在5G階段繼續(xù)演進。在產(chǎn)業(yè)化方面，LTE在全球范圍內(nèi)的商用化進程在不斷加快。標(biāo)準(zhǔn)化方面，3GPP R12版本的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在對小小區(qū)增強技術(shù)、新型多天線技術(shù)、終端直通技術(shù)、機器間通信等新技術(shù)開展研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。隨著更多的先進技術(shù)融入到LTE/LTE-Advanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，給蜂窩移動通信帶來了強大的生命力和發(fā)展?jié)摿Α?/span>

  　　其次，無線局域網(wǎng)（WLAN）是當(dāng)今全球應(yīng)用最為普及的寬帶無線接入技術(shù)之一，擁有良好的產(chǎn)業(yè)和用戶基礎(chǔ)，巨大的市場需求推動了WLAN技術(shù)的發(fā)展，大量的非授權(quán)頻段也給WLAN技術(shù)提供了巨大的發(fā)展空間。目前，IEEE已經(jīng)啟動了下一代WLAN標(biāo)準(zhǔn)“High-efficiency WLAN”的研究，將進一步提升運營商業(yè)務(wù)能力，推動WLAN技術(shù)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的融合。

  　　此外，我們還應(yīng)當(dāng)特別關(guān)注可能出現(xiàn)的革命性5G技術(shù)。從蜂窩移動通信的演進路線來看，每一代演進都有革命性技術(shù)出現(xiàn)，從2G的GSM到3G的CDMA，再到4G的OFDM，那么，5G是否會出現(xiàn)新一代的革命性技術(shù)，而這種革命性技術(shù)是否需要與LTE演進采用不同的技術(shù)路線，進而產(chǎn)生新一代的空中接口技術(shù)，將成為我們重點關(guān)注的內(nèi)容。

  　　三、5G關(guān)鍵技術(shù)研究方向

  　　傳統(tǒng)移動通信的更新?lián)Q代都是以無線傳輸技術(shù)的演進為主，但是，為了滿足面向2020年及未來的5G業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，需要在無線傳輸、無線組網(wǎng)和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等多個層面進行創(chuàng)新，本文重點介紹一些目前業(yè)界提出的重要的無線傳輸技術(shù)研究方向。

  　　為滿足面向2020年及未來5G業(yè)務(wù)速率需求，需要采用更先進的無線傳輸技術(shù)，目前，業(yè)界提出的潛在無線傳輸技術(shù)主要包括大規(guī)模天線陣列，超密集組網(wǎng)、非正交傳輸和全雙工等。

  　　多天線技術(shù)作為提升系統(tǒng)頻譜效率的最有效手段之一，一直以來，都是3GPP標(biāo)準(zhǔn)化重要的研究內(nèi)容。當(dāng)前，3GPP R12正在對3D MIMO開展技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。有源、三維、大規(guī)模天線陣列將是未來多天線技術(shù)的發(fā)展方向，利用大規(guī)模天線陣列可以獲得巨大的陣列增益和干擾抑制增益，通過波束賦形可以有效改善覆蓋，降低干擾，提升系統(tǒng)頻譜效率。

  　　超密集組網(wǎng)是解決未來5G系統(tǒng)容量需求的最主要手段，同時，隨著組網(wǎng)密集的增加，小區(qū)間距的減小，小區(qū)間干擾也將越來越嚴(yán)重，用戶在移動過程中切換也將更加頻繁。小區(qū)間干擾管理與抑制技術(shù)、控制面與用戶面分離等都是超密集網(wǎng)絡(luò)部署需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

  　　非正交傳輸技術(shù)不同于傳統(tǒng)的正交傳輸，在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除技術(shù)實現(xiàn)正確解調(diào)。與正交傳輸相比，接收機復(fù)雜度有所提升，但可以獲得更高的頻譜效率。非正交傳輸?shù)幕�本思想是利用�?fù)雜的接收機設(shè)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(shù)在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。

  　　全雙工技術(shù)是未來有可能改變移動通信傳統(tǒng)工作模式的革命性技術(shù)方向。在相同的時頻資源上，全雙工收發(fā)信機同時進行收發(fā)，接收機利用干擾消除技術(shù)，消除來自發(fā)送天線的自干擾信號，實現(xiàn)同時同頻全雙工通信。相對于傳統(tǒng)的TDD/FDD雙工模式，系統(tǒng)可用頻譜資源提升1倍，更重要的是，全雙工技術(shù)突破了FDD和TDD的頻譜資源使用限制，可以更加靈活的使用頻譜資源。多天線干擾消除以及全雙工組網(wǎng)是全雙工技術(shù)在實際系統(tǒng)中應(yīng)用需要重要點研究的問題。

  　　四、結(jié)束語

  　　移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，對新一代移動通信系統(tǒng)提出了更高的要求，高容量、低時延、高智能和低能耗將成為未來5G的發(fā)展目標(biāo)。目前，業(yè)界已經(jīng)紛紛啟動了對5G技術(shù)的研究，為滿足面向2020年及未來的5G需求，需要在無線傳輸、無線組網(wǎng)和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)多個層面實現(xiàn)創(chuàng)新，異構(gòu)、融合、協(xié)作、開放將是未來移動通信網(wǎng)絡(luò)的新的發(fā)展方向。