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            5G標準與相關技術初探

               第五代移動電話行動通信標準,指的是第五代移動通信技術,外語縮寫:5G。也是4G之后的延伸,目前正在研究中。目前還沒有任何電信公司或標準訂定組織(像3GPP、WiMAX論壇及ITU-R)的公開規格或官方文件有提到5G。

            第五代移動通信技術,2014年還沒有一個具體標準。但5G一定會具備比4G更高的性能,支持0.11Gbps的用戶體驗速率,每平方公里1百萬的連接數密度,毫秒級的端到端時延,每平方公里數十Tbps的流量密度,每小時500km以上的移動性和數十Gbps的峰值速率。其中,用戶體驗速率、連接數密度和時延為5G最基本的3個性能指標。有消息報道韓國成功研發第五代移動通信技術,手機在利用該技術后無線下載速度可以達到每秒3.6G。這一新的通信技術名為“流浪本地無線接入”(外語:NOmadic Local Area wireless access、外語縮寫:NOLA)。

            為了支撐未來的更多大容量、高速率應用,5G網絡將有必要在頻譜效率上進一步提升。有專家稱,在網絡架構和終端層面上,5G系統將會在進一步提升頻譜效率的基礎上解決5個關鍵技術問題:一是超密集組網,通過低功率節點的超密集部署,大幅度提升5G系統容量,應對未來的千倍流量壓力;二是異構網絡融合,未來的移動通信網絡將是2G/3G/ 4G/WLAN等多制式以及宏站、微站等多層小區的融合網絡;三是物聯網業務增強,物聯網的多樣化業務需求對未來移動網絡的連接設備數、成本、時延以及可靠性都提出了新的要求;四是終端直通(D2D),利用D2D技術可以有效改善覆蓋,更加高效地利用頻譜資源,實現業務分流,推動新的移動應用發展;五是高頻段通信,利用高頻段豐富的頻譜資源,緩解當前移動通信頻譜資源緊張的局面,滿足5G高速率、大容量的需求。

            5G標志性能力指標為“Gbps用戶體驗速率”,一組關鍵技術包括大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構。大規模天線陣列是提升系統頻譜效率的最重要技術手段之一,對滿足5G系統容量和速率需求將起到重要的支撐作用;超密集組網通過增加基站部署密度,可實現百倍量級的容量提升,是滿足5G千倍容量增長需求的最主要手段之一;新型多址技術通過發送信號的疊加傳輸來提升系統的接入能力,可有效支撐5G網絡千億設備連接需求;全頻譜接入技術通過有效利用各類頻譜資源,可有效緩解5G網絡對頻譜資源的巨大需求;新型網絡架構基于SDN、NFV和云計算等先進技術可實現以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開放的5G新型網絡。

            5G技術將會在無線傳輸技術和無線網絡技術兩個層面產生深刻變革。大規模天線陣列、全雙工、非正交多址、增強多載波、新型編碼調制等潛在的無線傳輸技術,以及C-RAN、軟件定義網絡(SDN)、網絡功能虛擬化(NFV)、移動內容分發網絡等潛在的無線網絡技術將迎來突破性的發展。

            5G雖然標準未定,但一定會有很多前沿的通訊技術應用在5G網絡上,現在很多技術已經有所突破,例如多址技術,中國通信標準化協會(CCSA)最近啟動了具體技術的研討工作。按照工作計劃,中國通信標準化協會將啟動一系列專題研討會,逐項討論5G相關的關鍵技術。910日在上海召開的是第一次研討會,重點探討了新型多址技術。其間,DoCoMo介紹了非正交多址技術,華中科技大學介紹了濾波器組多載波技術,華為介紹了稀疏編碼多址技術,大唐介紹了圖樣分割非正交多址技術,中興介紹了多用戶共享接入技術,上海貝爾介紹了通用濾波多載波技術,可謂百花齊放。下面,我們介紹5G網絡可能會用到的一些關鍵技術:

            天線技術-Massive MIMO

            在無線傳輸技術層面,大規模陣列天線多輸入多輸出(Massive MIMO)技術以其在頻譜效率、能量效率、魯棒性及可靠性方面巨大的潛在優勢,可能成為未來5G通信中具有革命性的技術之一。多天線多輸入多輸出(MIMO)技術能夠充分挖掘空間維度資源,顯著提高頻譜效率和功率效率,已經成為4G通信系統的關鍵技術之一。目前的IMT-Advanced4G)標準采用了基于多天線的MIMO傳輸技術,利用無線信道的空間信息大幅提高頻譜效率。但是現有4G蜂窩網絡的8端口多用戶MIMOMU-MIMO)不可能滿足頻譜效率和能量效率的數量級提升需求。大規模陣列天線MIMO技術是MIMO技術的擴展和延伸,其基本特征就是在基站側配置大規模的天線陣列(從幾十至幾千),利用空分多址(SDMA)原理,同時服務多個用戶。

            非正交多址-NOMA

            非正交多址技術NOMA改變了原來在功率域由單一用戶獨占的策略,功率也可以由多個用戶共享,在接收端采用干擾消除技術將不同用戶區分開來。

            編碼技術-可能是SCMA(Sparse Code Multiple Access)編碼與PDMA(Pattern Division Multiple Access)技術,暫無定論,但可以肯定的是,相較3G WCDMA\CDMA2000\TD-SCDMA4G LTE-TDD\LTE-FDD,5G的編碼技術將更加復雜,5G使用的編碼方案一定是“復雜編碼技術”。

            還有一個重要的問題是5G工作的頻率。目前IMT目前為5G分配了687MHz頻寬,這是遠遠不夠的,2020年,很可能要超過1G甚至2G。而因為頻率資源稀缺性,未來5G很有可能要使用更高的頻段,甚至大于6GHz,60 GHz及更高頻率的頻段也將被納入考慮。

             

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