Verizon 5G標(biāo)準(zhǔn)研究

曾張帆+周艷玲+劉文超+邢賽楠

摘 要：2016-07，美國(guó)第一大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Verizon攜同其商業(yè)合作伙伴思科、愛(ài)立信、因特爾等一批世界一流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商和終端芯片制造商發(fā)布了第一個(gè)5G標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容包括5G接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、物理層、Mac層等一系列接入層技術(shù)，內(nèi)容全面、詳實(shí)。旨在探討新制定的5G標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)，歸納出其與4G LTE標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與代價(jià)，為讀者提供5G無(wú)線通信的技術(shù)引導(dǎo)與思路參考。

關(guān)鍵詞：5G；無(wú)線通信；物理層；接入網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.043

移動(dòng)數(shù)據(jù)的使用在過(guò)去的5年內(nèi)飛速增長(zhǎng)，探究其內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，包括語(yǔ)音服務(wù)、視屏服務(wù)的爆發(fā)以及各類(lèi)應(yīng)用服務(wù)使用量的增加。移動(dòng)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)的需求對(duì)移動(dòng)通信的速度能力提出了挑戰(zhàn)，特別是在沒(méi)有Wi-Fi的環(huán)境下。3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提出開(kāi)辟了移動(dòng)數(shù)據(jù)使用的時(shí)代，而4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的到來(lái)大大提高了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)速度，從而擴(kuò)展了移動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度。然而，由于移動(dòng)場(chǎng)景越來(lái)越豐富，目前，運(yùn)行平穩(wěn)的4G無(wú)線通信技術(shù)下行速率峰值（100 Mbps）已遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的期望，5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

5G無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將處理更多的數(shù)據(jù)流量，連接更多的設(shè)備，明顯縮短通信時(shí)延，并大大提升通信系統(tǒng)的可靠性。在技術(shù)層面上，5G標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)現(xiàn)行的通行架構(gòu)和技術(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和定義。比如，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，擬采用分布式軟件云計(jì)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集中式硬件設(shè)備；在多址方式的選擇上，擬采用非正交多址代替現(xiàn)有的正交頻分多址技術(shù)等。

總體而言，5G無(wú)線通信技術(shù)全面顛覆了現(xiàn)行的4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)更新龐大。在時(shí)間層面上，面對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，國(guó)際電信聯(lián)盟要求協(xié)議制定機(jī)構(gòu)3GPP組織在2018年前提出預(yù)標(biāo)準(zhǔn)，并在2020年提出首個(gè)正式的商業(yè)5G標(biāo)準(zhǔn)。因此，可以認(rèn)為，3GPP組織在5G標(biāo)準(zhǔn)的推出上時(shí)間緊、任務(wù)重。在此背景下，2016-07，美國(guó)第一大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Verizon攜同其商業(yè)合作伙伴，比如思科、愛(ài)立信、因特爾等一批世界一流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商和終端芯片制造商在3GPP的5G標(biāo)準(zhǔn)尚未確立之前，提前發(fā)布了第一個(gè)自定義的5G標(biāo)準(zhǔn)，命名為Verizon 5G，簡(jiǎn)稱(chēng)“V5G”。

1 Verizon 5G標(biāo)準(zhǔn)

Verizon 5G標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了接入網(wǎng)各層標(biāo)準(zhǔn)，具體內(nèi)容見(jiàn)表1.

由表1和協(xié)議具體能容得知，V5G標(biāo)準(zhǔn)定義了5G無(wú)線通信的物理層、層2和層3的信令流程和具體技術(shù)，比如幀結(jié)構(gòu)、雙工方式、物理層信道、信道編碼技術(shù)、信號(hào)調(diào)制技術(shù)、混合重傳模式、移動(dòng)管理、無(wú)線資源管理等，內(nèi)容豐富。

2 與3GPP 4G標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的比較

從2個(gè)方面對(duì)5G標(biāo)準(zhǔn)與4G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)對(duì)比。就協(xié)議制定的框架進(jìn)行了對(duì)比，表2列舉了V5G標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)應(yīng)的3GPP 4G標(biāo)準(zhǔn)。

由表2和協(xié)議具體內(nèi)容可以看出，V5G標(biāo)準(zhǔn)在協(xié)議制定的思路上和3GPP制定的4G標(biāo)準(zhǔn)保持一致。就V5G中提出的5G技術(shù)與現(xiàn)行的4G技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，具體內(nèi)容如下。

2.1 工作頻段方面

V5G采用28 GHz的高頻，相比4G中的2 GHz頻段，V5G提供了更大的帶寬。V5G中定義單載波帶寬為100 MHz，為4G的5倍，同時(shí)，系統(tǒng)支持至多8個(gè)載波的聚合技術(shù)，因此，工作帶寬最大能夠達(dá)到800 MHz，輕松實(shí)現(xiàn)1 Gbps的數(shù)據(jù)率。

2.2 幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

V5G采用TDD的雙工方式，統(tǒng)一了在4G中出現(xiàn)的既有TDD，又有FDD的兩種幀結(jié)構(gòu)的局面。在V5G中，子幀的長(zhǎng)度為0.2 ms，是4G子幀長(zhǎng)度的1/5，大大縮短了上、下行切換的時(shí)間。

2.3 波形設(shè)計(jì)方面

V5G在上行鏈路和下行鏈路兩方面均采用OFDM。而在4G標(biāo)準(zhǔn)中，上行鏈路采用SC-FDM技術(shù)。V5G在上、下行波形上形成了統(tǒng)一，簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，得益于V5G的適用場(chǎng)景覆蓋范圍小，對(duì)上行發(fā)射功率要求低，進(jìn)而避免了高PAPR。

2.4 物理層信道設(shè)計(jì)方面

V5G省去了4G協(xié)議中的PCHICH和PHICH，其他信道則與4G物理層信道無(wú)本質(zhì)差別。

2.5 信道編碼方面

V5G在物理層的共享信道中采用了LDPC碼代替了4G協(xié)議采用的Turbo編碼。LDPC碼在糾錯(cuò)性能上沒(méi)有太大的優(yōu)勢(shì)，但是在接收機(jī)譯碼方面，能采用并行譯碼技術(shù)縮短譯碼的時(shí)間，為只有0.2 ms的子幀處理允許時(shí)間減輕了負(fù)擔(dān)。

2.6 增加了波束賦形的內(nèi)容

波束賦形實(shí)現(xiàn)了空間復(fù)用，能大大提高小區(qū)的容量。波束賦形由大規(guī)模天線實(shí)現(xiàn)，這在28 GHz工作頻段成為了可能。為了協(xié)助波束賦形功能，V5G添加了Beam Measurement Reference Signal和Beam Refinement Reference Signal兩個(gè)參考型號(hào)，用來(lái)幫助判斷波束形成的方向和功率。

3 結(jié)束語(yǔ)

5G的標(biāo)準(zhǔn)化工作緊鑼密鼓，時(shí)間緊，任務(wù)重。本文就Verizon聯(lián)盟提出的非官方5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了細(xì)致的技術(shù)分析?？傮w來(lái)看，V5G技術(shù)展現(xiàn)了未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)采用高頻度、大帶寬、多天線、短幀長(zhǎng)的技術(shù)特點(diǎn)和思路，能在一定層度上滿足未來(lái)用戶對(duì)高數(shù)據(jù)率的需求，勢(shì)必成為未來(lái)正式標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向。然而，V5G標(biāo)準(zhǔn)并非官方標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)層面也未能涵蓋呼聲已久的大規(guī)模天線、非正交復(fù)用、Polar編碼等新技術(shù)。因此，未來(lái)各大通信廠商定將在標(biāo)準(zhǔn)制訂上展開(kāi)激烈的角逐，最后花落誰(shuí)家，讓我們拭目以待。

參考文獻(xiàn)

［1］方箭，朱穎，鄭娜.從WRC-10議題看5G與未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)［J］.電信科學(xué)，2016（32）.