论述5G无线通信场景需求与技术演进

【摘要】 本文从5G无线通信发展出发，就5G通信场景服务需求现状进行了论述，并针对5G技术演进路线作出了全方位的总结，通过新的通信技术发展及应用研究，将推动5G技术不断向前前发展。

【关键词】 5G线通信 场景需求 技术演进 网络架

目前来说，虽然4G网络的部署正在进行中，但一些移动运营商已经开始推广5G。与4G无线网络相比，5G具有一系列的优点，如在5G网络下，手机上网速度得到大大的提升，比4G快五十倍。同时，5G网络可以支持不同场景的应用，尤其是支持各种物联网和智能家居产品。下面结合笔者的工作总结，就5G无线通信场景需求与技术演进进行论述。

一、5G通信场景服务需求

从通信历史来分析，用户的需求升级是通信系统进行换代的最根本动力，因此如何把握用户的需求，合理地预测未来的通信场景是进行技术升级的必要前提。在部级研发团队中，每一个组织都成立了专门的需求小组，专门针对本国家本地区用户行为、需求进行跟踪归纳，为今后的技术升级打下坚实的基础。

中国的IMT-2020 5G需求组就是在当前中国通信环境下，结合中国的通信特点，对中国未来通信场景做出合理规划、预测。总结起来就是“三高”：高转换、高密度以及高速度。

高转换意味着通信场景前后差异很大，可能上一秒还是单独一人的洗手间，下一秒已经是人满为患的大商场。未来的通信必然要适应这种不同的通信场景之间的来回切换。

高密度不但意味着在单位小区面积里要服务更多的用户，同时意味着移动设备在特定的时间地点上接触到的信息源密度将远远大于4G通信场景。为了满足能够在单位小区面积服务更多的用户，最直接的想法就是小基站的广泛部署，扩展更大的容量，支持更多的用户。这种小基站式的布局关键问题是如何消除基站间的同频干扰。高密度的另一个含义则更具挑战性，根据NGMN欧洲5G通信需求组的构想，未来手机不仅仅接收来自基站本身的信号，甚至要接收处理来自用户自身和周边携带传感器设备的信号，比如可穿戴仪器和汽车信号等等。在这种构想下，手机的应用范围将会大大拓宽，不仅仅成为一个收集数据的接口，也是连接传输云端数据的纽带，同时还是最终处理结果的表达中心，这将大大强化终端在未来移动通信的定位。因此如何在高速移动状态下保持信号稳定，提高抗干扰能力是5G移动通信必须要考虑解决的问题。

二、5G技术演进路线

5G技术演进路线如图一所示，LTE-A由3GPP R10版本最终确定，有很多新的性能需求被写入标准，其载波聚合技术和Massive-MIMO技术是当今无线通信的热门技术。载波聚合技术的出发点主要是将多个离散的载波结合起来从而提高带宽，这样可以有效地利用离散的频谱以及适应异构网络通信。一个主小区（PCell）和最多4个辅小区（SCell）一同服务同一个UE，其中PCell通常指的是UE在建立初始连接时选择的小区，而其余的服务小区被统称为SCell。所有的小区有相同的帧结构和上下行配置。载波聚合的参数配置和性能要求可参见R10的TR36.913。

Massive-MIMO主要是提高天线信号输出的增强技术，目前重点研究的是8×8天线下行256QAM的实现，同时MU-MIMO和COMP技术也是该课题重要的研究方向。

5G通信技术另一个重要课题就是通信网络架构的重组，云接入网C-RAN通过引入云计算的方法、工具和平台，彻底颠覆了原有移动接入网的结构。在传统的分布式基站网络中，相邻的基站通过X2口进行传输，其时延和backhaul容量一直制约LTE系统传输性能。而在C-RAN的架构下，基站之间的通信近似于理想的backhaul，同时又可以进行资源共享，通过负载均衡来克服困扰业界已久的潮汐效应。

另外，5G技术研究是对于原有硬件实现的功能进行逻辑抽象和再次划分。网络功能虚拟化NFV主要是对于现有传输模块的逻辑功能进行重新划分整合，使得很多逻辑功能不再依赖于专有的硬件来处理。这项技术最早由欧洲电信标准化组织ETSI提出，并在核心网得到了广泛的应用。现在的发展趋势是在接入网中也考虑引入NFV技术，因此如何对接入网功能模型进行抽象和划分软硬件功能是下一阶段的主要课题。

5G新型无线传输信号增强技术发展方向可以分为以下4个方向：增加信号的有效功率、提高信号传输抗干扰技术、推荐频段的通信模型建立以及高效率的上下行收发模式。

增加有效信号的发射功率的代表技术是LTE-A中提到的Massive-MIMO和CoMP技术。前者是通过增加天线的数量来提高发射信号功率，后者利用联合信号来提高小区边缘吞吐量。

新型调制解调技术是抗干扰技术一个重点方向，作为3GPP R13的研究项目，非正交多址接入技术NOMA被视为下一代数字调制技术的有力候选。其思想核心是将同一段视频资源分配给不同的用户，采用非正交传送方式来提高吞吐量，其代价是需要精密的串扰消除技术和复杂的接收机结构。

5G的频段大多在毫米波传输上，如何在毫米波进行无线通信，建立毫米波传输信道模型，是重要的研究课题。建立高效率的收发传输模式同样也是也是提高频段利用率的重要一个课题，灵活配置上下行传输的全双工Full-Duplex方案在相关的会议上也已经立项研究。这些新的通信技术的涌现和发展是推动5G前进的最根本力量。

三、结论

综上所述，本文从5G通信需求、演进路线、发展方向对于未来5G场景进行了探讨。相信未来的通信将向着高密度、高速度方向演进。通信需求的提升必然会导致无线网络的结构演进和通信新技术的涌现。此外，本文就通信网络结构演进、逻辑功能抽象划分、新通信频段的传输模型建立、新型传输信号增强四个技术演进方向进行了重点介绍。这是目前通信网络需求和技术的联动，有利于推进了5G通信的持续发展。

参 考 文 献

[1]汤进凯.面向4.5G演进的城域传输PTN网络发展探讨[J].移动通信，2016（19）.

[2]刘明.5G与Wi-Fi融合组网需求分析及关键技术研究[J].电信科学，2014（08）.