5G無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

  魏克軍 萬(wàn)屹 王志勤 2014-07-17  來(lái)源:泰爾網(wǎng)    　　

摘要：  　　文章認(rèn)為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)5G發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，面向2020年及未來(lái)，千倍以上的流量增長(zhǎng)和極致的用戶體驗(yàn)將是5G面臨的重要挑戰(zhàn)。5G演進(jìn)存在三條演進(jìn)路線，即蜂窩網(wǎng)演進(jìn)，無(wú)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(wú)線傳輸技術(shù)、無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)架等層面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，其中，在無(wú)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(lái)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(dòng)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(dòng)通信技術(shù)，1991年第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM開(kāi)始商用，2000年前后出現(xiàn)IMT-2000第三代移動(dòng)通信技術(shù)，2010年國(guó)際電聯(lián)（ITU）確定4G國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，4G已在全球開(kāi)始規(guī)模商用，面向2020年及未來(lái)的發(fā)展，業(yè)界正在開(kāi)始新的探索，研究第五代移動(dòng)通信技術(shù)，即5G。

  　　智能終端的普及以及移動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，促使移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，無(wú)線業(yè)務(wù)流量以每年接近100%的速度增長(zhǎng)，這意味著未來(lái)十年，無(wú)線數(shù)據(jù)流量將增長(zhǎng)1000倍。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展將成為未來(lái)5G發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，未來(lái)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(wú)線支付、移動(dòng)辦公、智能家居、位置服務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等等。同時(shí)，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(duì)未來(lái)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(shí)延等傳統(tǒng)的空口性能指標(biāo)需要進(jìn)一步提升外，還需要考慮用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、頻譜效率、能效以及成本等進(jìn)一步體現(xiàn)5G系統(tǒng)的先進(jìn)性的指標(biāo)。

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

  　　二、5G技術(shù)演進(jìn)路線

  　　目前，4G已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模商用階段，5G是繼4G后新一代的移動(dòng)通信技術(shù)，從移動(dòng)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(jìn)趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)5G移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)存在三條重要的演進(jìn)路線，分別為以LTE/LTE-Advanced為代表的蜂窩演進(jìn)路線；WLAN演進(jìn)路線和革命性演進(jìn)路線。

  　　首先，LTE/LTE-Advanced已經(jīng)是事實(shí)上的全球統(tǒng)一的4G標(biāo)準(zhǔn)，并將會(huì)在5G階段繼續(xù)演進(jìn)。在產(chǎn)業(yè)化方面，LTE在全球范圍內(nèi)的商用化進(jìn)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(duì)小小區(qū)增強(qiáng)技術(shù)、新型多天線技術(shù)、終端直通技術(shù)、機(jī)器間通信等新技術(shù)開(kāi)展研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。隨著更多的先進(jìn)技術(shù)融入到LTE/LTE-Advanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，給蜂窩移動(dòng)通信帶來(lái)了強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿Α?/span>

  　　其次，無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）是當(dāng)今全球應(yīng)用最為普及的寬帶無(wú)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(chǎng)需求推動(dòng)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(dòng)了下一代WLAN標(biāo)準(zhǔn)“High-efficiency WLAN”的研究，將進(jìn)一步提升運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)能力，推動(dòng)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(dòng)通信的演進(jìn)路線來(lái)看，每一代演進(jìn)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(huì)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(jìn)采用不同的技術(shù)路線，進(jìn)而產(chǎn)生新一代的空中接口技術(shù)，將成為我們重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

  　　三、5G關(guān)鍵技術(shù)研究方向

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

  　　為滿足面向2020年及未來(lái)5G業(yè)務(wù)速率需求，需要采用更先進(jìn)的無(wú)線傳輸技術(shù)，目前，業(yè)界提出的潛在無(wú)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(lái)，都是3GPP標(biāo)準(zhǔn)化重要的研究?jī)?nèi)容。當(dāng)前，3GPP R12正在對(duì)3D MIMO開(kāi)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(lái)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(guò)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(lái)5G系統(tǒng)容量需求的最主要手段，同時(shí)，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(lái)越嚴(yán)重，用戶在移動(dòng)過(guò)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(wèn)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(dòng)引入干擾信息，在接收端通過(guò)串行干擾刪除技術(shù)實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。與正交傳輸相比，接收機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)來(lái)?yè)Q取更高的頻譜效率，隨著芯片處理能力的增強(qiáng)，將使非正交傳輸技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。

  　　全雙工技術(shù)是未來(lái)有可能改變移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作模式的革命性技術(shù)方向。在相同的時(shí)頻資源上，全雙工收發(fā)信機(jī)同時(shí)進(jìn)行收發(fā)，接收機(jī)利用干擾消除技術(shù)，消除來(lái)自發(fā)送天線的自干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻全雙工通信。相對(duì)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(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用需要重要點(diǎn)研究的問(wèn)題。

  　　四、結(jié)束語(yǔ)

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