淺談5G研究現(xiàn)狀與網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

摘 要：首先闡述了5G的業(yè)務(wù)需求以及應(yīng)用場景;然后分別從ITU，3GPP，IMT-2020（5G）推進組等三方面總結(jié)了5G發(fā)展現(xiàn)狀;接著分析了大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入等關(guān)鍵技術(shù)的測試需求;最后對5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)所面臨的測試挑戰(zhàn)進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：5G;大規(guī)模天線;超密集組網(wǎng);新型多址;全頻譜接入;測試

1 概述

5G是面向2020年及未來的移動通信技術(shù)，5G究竟將滿足人們怎樣的應(yīng)用需求？暢想未來，5G會擁有哪些主要技術(shù)場景？國際電信聯(lián)盟指出未來的5G具有以下三大主要的應(yīng)用場景：（1）增強型移動寬帶（eMBB） ; （2）超高可靠與低延遲的通信（uRLLC）; （3）大規(guī)模機器類通信（mMTC ）。

2 5G研究現(xiàn)狀

3 GPP作為國際主流移動通信標準組織，也積極啟動了5G議題討論，并承諾在2019年6月的ITU-R WP5D #32會議上，提交初步的技術(shù)文檔;在2020年10月的ITU-R WP5D #36會議上，提交詳盡的技術(shù)規(guī)范文檔。在3GPP中，SA1/SA2確定的各項業(yè)務(wù)/系統(tǒng)需求，RAN工作組確定無線接入方面的各項需求。2015年2月，3GPP啟動了業(yè)務(wù)需求工作組（SA1）工作組，同年3月，啟動了無線接入網(wǎng)（BAN）工作組，重點討論5G工作計劃，2015年底啟動5G接入網(wǎng)需求、信道模型等前期研究工作[3]0

5G標準化工作分為三個階段完成：在R14階段，主要進行相關(guān)標準研究工作，2016年1月正式啟動5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究，2016年6月啟動5G無線技術(shù)研究，這標志著3GPP 5G標準研究正式啟動。在R15和R16階段，正式進行5G標準的實際制定工作，其中，2018年6月，完成R15版本，完成獨立組網(wǎng)5G新空口和核心網(wǎng)標準化，支持增強移動寬帶和低時延高可靠兩大場景，滿足2020年商用需求。2019年9月，正式完成R16版本，也即5G完成標準，支持增強移動寬帶、低時延高可靠和低功耗大連接三大場景，完全滿足ITU技術(shù)要求。

3 關(guān)鍵技術(shù)測試需求

5G系統(tǒng)中無論是移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)還是移動物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)都比4G系統(tǒng)有顯著增加，因此需要引入多項新的關(guān)鍵技術(shù)才能達到5G新的技術(shù)需求。這些新型關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入等。在5G樣機測試階段，需要對這些關(guān)鍵技術(shù)進行測試，下面分別針對這幾項關(guān)鍵技術(shù)進行說明并總結(jié)測試需求。

3.1大規(guī)模天線

5G基站可支持配置數(shù)百根天線和數(shù)十個天線端口的大規(guī)模天線，并通過多用戶MIMO技術(shù)，支持更多用戶的空間復(fù)用。這種對空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴而稀缺的頻帶資源，并且?guī)资兜靥嵘W(wǎng)絡(luò)容量。另外，這種大規(guī)模天線還可以用于6 GHz以上的高頻段。大規(guī)模天線的測試需求主要集中于測試其所帶來的系統(tǒng)頻譜和效率提升，具體包括：

（1）小區(qū)覆蓋拉遠測試;

（2）用戶在靜止時的小區(qū)平均頻譜效率/平均速率、小區(qū)邊緣頻譜效率/邊緣速率、小區(qū)峰值速率測試;

（3）用戶在中低速車載下的小區(qū)平均頻譜效率/平均速率、小區(qū)邊緣頻譜效率/邊緣速率測試。

3.2超密集組網(wǎng)

超密集組網(wǎng)通過小基站加密部署提升空間復(fù)用的方式，成為解決未來5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量1 000倍以及用戶體驗速率10-100倍提升的有效解決方案。其基本思想是縮短發(fā)送端和接收端的物理距離，從而提升終端用戶的性能。相比于傳統(tǒng)的宏基站部署。超密集小區(qū)優(yōu)點包括：小區(qū)由用戶部署，導(dǎo)致了部署成本的大量減少;密集小區(qū)的配置靈活，通過智能的使用規(guī)則可以達到減小干擾和提高能效的目的;密集小區(qū)部署可以徹底解決覆蓋盲區(qū)問題，實現(xiàn)用戶無縫保持連接的需求以及小區(qū)之間的負載均衡。

3.3新型多址

面向5G，新型非正交多址接入技術(shù)日益受到產(chǎn)業(yè)界的重視。以SCMA， PDMA和MUSA為代表的新型多址技術(shù)通過多用戶信息在相同資源上的疊加傳輸，在接收側(cè)利用先進的接收算法分離多用戶信息，不僅可以有效提高系統(tǒng)頻譜效率，還可以成倍增加系統(tǒng)的接入容量。此外，通過免調(diào)度傳輸，也可有效簡化信令流程，并降低空口傳輸時延。

新型多址技術(shù)的測試需求（上行和下行新型多址均可開展以下三類測試）包括：

（1）使用新型多址后，與正交多址相比，驗證多用戶吞吐量的增益性能;

（2）使用新型多址后，與正交多址相比，在相同資源下，驗證接入/服務(wù)的用戶數(shù)目的提升（此時，考慮終端用戶數(shù)比較多，數(shù)據(jù)包比較?。?

（3）使用新型多址后，潛在可設(shè)計免調(diào)度的競爭隨機接入機制;測試與正交多址相比，驗證新型多址帶來的接入時延的降低。

3.4全頻譜接入

全頻譜接入技術(shù)通過有效利用各類移動終端頻譜資源來提升數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)容量。所涉及頻段包括6 GHz以下的低頻段和6-100 GHz的高頻段、授權(quán)與非授權(quán)頻譜、對稱與非對稱頻譜、連續(xù)與非連續(xù)頻譜等。其中6 GHz以下的低頻段是5G的核心頻段，主要用于無縫覆蓋，6 GHz以上的高頻段是5G的輔助頻段，主要用于熱點高容量場景，提升區(qū)域速率。

全頻譜接入測試的重點在系統(tǒng)對高帶寬支持能力、高頻覆蓋能力、高頻波束跟蹤技術(shù)、高低頻混合組網(wǎng)等方面，具體包括：

（1）小區(qū)覆蓋拉遠測試;

（2）用戶在靜止時的小區(qū)平均速率、小區(qū)邊緣速率、小區(qū)峰值速率測試;

（3）用戶在低速（步行）移動下的小區(qū)平均速率、小區(qū)邊緣速率測試;

（4）組網(wǎng)移動性切換測試。

4? 5G面臨的挑戰(zhàn)

為達到大于1 Gbit/s平均值和大于10 Gbit/s峰值的高速率數(shù)據(jù)傳輸，未來5G系統(tǒng)將使用大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入等多種新技術(shù)，形成統(tǒng)一的并能按照業(yè)務(wù)需求進行動態(tài)配置的空中接口和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等。5G系統(tǒng)測試技術(shù)和產(chǎn)品的設(shè)計思想、研發(fā)方法、測試接口、關(guān)鍵性能指標等都必須跟隨甚至領(lǐng)先于相應(yīng)的5G核心技術(shù)發(fā)展而演進。

此外，5G測試系統(tǒng)本身的正確性和有效性也需要先被驗證，但系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性使傳統(tǒng)的工程驗證方法不能充分保證5G測試系統(tǒng)的正確性和有效性。因此，針對5G系統(tǒng)的測試工作需要整個產(chǎn)業(yè)界通過密切的合作，將測試功能作為5G系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵之一，推動5G系統(tǒng)和5G測試系統(tǒng)的共同研發(fā)。

參考文獻：

[1]IMT2020（5G）推進組.5G愿景與需求白皮書[R]，2014.

作者簡介：

李深鏗（1986-），男，漢，廣西北流市，學士，中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司玉林市分公司，主要研究無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。