魏濤

5G是全球移動通信行業(yè)和ICT生態(tài)系統(tǒng)的下一個創(chuàng)新前沿，5G將會極大地擴展并增強移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，并支撐未來豐富的IoT應(yīng)用。

從技術(shù)特性看，5G相比3G/4G具有速度更快、時延更低、可靠性更高、支持大連接能力更強、備選頻譜更廣泛、業(yè)務(wù)模式更多樣化、部署形態(tài)更豐富、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加彈性化等顯著優(yōu)勢。

從應(yīng)用場景看，3G/4G更多的是滿足語音以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，5G則聚焦于增強移動寬帶、海量連接物聯(lián)網(wǎng)、垂直行業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域，相比3G/4G更能體現(xiàn)IT和CT的深度融合，是實現(xiàn)未來世界“萬物互聯(lián)”的關(guān)鍵載體。

5G的前沿應(yīng)用將促使系統(tǒng)能力相比3G/4G有大幅提升，比較有代表性的幾個技術(shù)特征是：1ms的超低時延、10Gbps及以上的超大吞吐量、百萬級的超大規(guī)模接入能力。

而系統(tǒng)能力的提升必然與挑戰(zhàn)相生相伴。5G可用低頻頻譜資源十分緊張，為突破頻譜資源的限制，5G將會在高頻頻譜應(yīng)用方面進(jìn)行拓展。5G系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)更加多樣化，系統(tǒng)部署形態(tài)更加豐富，為此5G系統(tǒng)需要靈活地支持低頻和高頻部署及高低頻混合組網(wǎng)部署，同時5G系統(tǒng)也需要靈活支持超大容量、超大規(guī)模、超低時延的應(yīng)用。

因此，5G系統(tǒng)需要進(jìn)行靈活的空口和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計。中興通訊經(jīng)過長期深入的研究和探索，系統(tǒng)性提出構(gòu)建統(tǒng)一、靈活、可配置的空口和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，本文主要探討空口技術(shù)。

5G新空口關(guān)鍵特性

空口包括物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，最重要的是物理層。2G/3G/4G主要的區(qū)別就在于空中接口的物理層，物理層涉及各種技術(shù)（包括波形、調(diào)制、編碼、雙工、天線、接入等），實現(xiàn)復(fù)雜度也更高。因此，空口物理層技術(shù)的發(fā)展是移動通信系統(tǒng)發(fā)展的標(biāo)志。

相比3G/4G空口，5G空口我們通常稱之為5G新空口，亦稱5G NR（5G New Radio Access Technology） 。3GPP已啟動了5G新空口的研究項目，旨在制定一個基于OFDM的全新5G無線空口標(biāo)準(zhǔn)。

如圖1，一種比較好的面向5G的空口設(shè)計包含3層結(jié)構(gòu)，底層引入抽象物理層，采用統(tǒng)一框架設(shè)計的波形和幀結(jié)構(gòu)，靈活適配多種業(yè)務(wù)和全頻段部署的要求，對不同的業(yè)務(wù)和頻段完全透明；中間層可按照業(yè)務(wù)類型實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)切片和彈性的資源分配；頂層引入業(yè)務(wù)感知功能，并實現(xiàn)動態(tài)、智能的業(yè)務(wù)聚合。

5G通過新空口技術(shù)將連接一切——不論是智能手機還是汽車，甚至整座城市的基礎(chǔ)設(shè)施都將通過5G NR實現(xiàn)互聯(lián)互通。除了充當(dāng)一個統(tǒng)一的連接框架外，5G NR還將網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)速度、容量、時延、可靠性、效率和覆蓋能力都提升到全新水平，并將充分利用每一比特的可用頻譜資源。

根據(jù)國際電聯(lián)ITU提出的5G愿景，5G未來將會面向三大場景提供必要支持：eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)）、uRLLC（低時延高可靠連接）。5G NR將會契合5G三大場景的技術(shù)需求，通過大規(guī)模天線技術(shù)Massive MIMO、自包含幀結(jié)構(gòu)、基于OFDM的可擴展波形技術(shù)、基于低時延的時隙結(jié)構(gòu)以及先進(jìn)的編碼與調(diào)制方案等新技術(shù)和新設(shè)計，完美應(yīng)對5G挑戰(zhàn)。

5G NR中的Massive MIMO技術(shù)相比Pre5G更加靈活，充分考慮前向兼容性，各種傳輸機制之間可快速切換及兼顧高低頻統(tǒng)一設(shè)計。

5G NR的自包含子幀Self-contained設(shè)計，在相同子幀內(nèi)包含上下行傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和解碼確認(rèn)，從而實現(xiàn)更低延遲。Self-contained的子幀設(shè)計亦支持前向兼容性、自適應(yīng)UL/DL配置，適配大規(guī)模天線技術(shù)。

5G NR將會基于OFDM波形技術(shù)，在40GHz頻段以下的eMBB和uRLLC場景下行采用CP-OFDM波形，上行以CP-OFDM為主，DFT-S-OFDM波形為補充。研究表明，上行鏈路支持DFT-S-OFDM和CP-OFDM具有互補優(yōu)勢，基于場景自適應(yīng)切換對于DFT-S OFDM的鏈路預(yù)算和MIMO空間復(fù)用都有好處，同時5G NR子載波間隔為15～480kHz，具備靈活可擴展特性。

為支持高可靠低時延業(yè)務(wù)，5G NR將考慮超短幀設(shè)計，方法一是減少slot中的OFDM數(shù)量，設(shè)計新的mini-slot，比如2個OFDM符號，方法二是使用更大的子載波間隔，比如30/60kHz。

支持任意碼長和碼率，支持有限循環(huán)緩存速率匹配的5G新型LDPC編碼。

5G新空口，向商用邁進(jìn)

基于在5G領(lǐng)域雄厚的研究積累，中興通訊在2017年巴塞羅那世界移動通信大會上發(fā)布了業(yè)界最小的基于3.5GHz和28GHz的5G NR 新空口AAU產(chǎn)品。產(chǎn)品支持最新的5G NR能力，并且具備面向R15完整版新空口標(biāo)準(zhǔn)的軟件升級演進(jìn)能力，高低頻混合組網(wǎng)將為運營商在網(wǎng)絡(luò)覆蓋和承載能力上提供巨大支持。

5G NR基站可將5G波束賦型技術(shù)、大規(guī)模MIMO等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中，這些功能在增強用戶體驗的同時，提高網(wǎng)絡(luò)容量，擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，并大幅減少網(wǎng)絡(luò)干擾，提供“潔凈”網(wǎng)絡(luò)。

今年2月，中興通訊與高通公司子公司及中國移動聯(lián)合宣布，計劃合作開展基于5G新空口規(guī)范的互操作性測試和OTA外場試驗。

試驗將基于中國移動的5G指導(dǎo)建議，使用基于高通技術(shù)的終端原型和中興通訊的基站解決方案，模擬真實場景并支持廣泛的5G NR用例和場景部署。試驗將使用多項先進(jìn)的3GPP 5G NR技術(shù)，包括大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）天線技術(shù)、自適應(yīng)獨立TDD、多項波束技術(shù)、基于 OFDM的波形等。這些技術(shù)將滿足新興的AR、VR、云計算等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)連接需求，也滿足一些低延遲服務(wù)的使用，如無人駕駛汽車、無人駕駛飛機等。

該試驗將基于3.5GHz頻段展開，旨在推動無線生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)5G NR 技術(shù)的大規(guī)?？焖衮炞C和商用，使符合3GPP Rel-15標(biāo)準(zhǔn)的5G NR基礎(chǔ)設(shè)施和終端能夠到位，用以支持商用網(wǎng)絡(luò)的及時部署。上述互操作性測試和試驗將在2017年下半年在中國啟動。

5G新空口已經(jīng)逐步實現(xiàn)從理論研究到產(chǎn)品商用的過渡，這也標(biāo)志著5G離商用越來越近，讓我們共同期待未來萬物互聯(lián)的新時代。