中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所 魏克軍
在IMT-2020（5G）推進(jìn)組的組織下，我國(guó)企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)全方位開(kāi)展5G研發(fā)，在5G需求、技術(shù)及頻譜領(lǐng)域取得了一系列的研究成果，有力地推動(dòng)了全球5G技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。目前已完成5G愿景與需求研究并獲得全球廣泛共識(shí)，在業(yè)界率先明確5G技術(shù)路線及核心關(guān)鍵技術(shù)，并發(fā)布5G無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)。當(dāng)前，5G標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)啟動(dòng)，我國(guó)于2016年1月正式全面啟動(dòng)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，我國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)對(duì)外企開(kāi)放，目前參加單位包括中國(guó)信息通信研究院、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、日本都科摩、華為、中興、大唐、愛(ài)立信、三星、諾基亞和上海貝爾、英特爾、高通、展訊、羅德施瓦茨、是德科技、星河亮點(diǎn)等國(guó)內(nèi)外企業(yè)，涵蓋運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造企業(yè)、芯片和儀表企業(yè)等產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)外企業(yè)共同參與，有利于推動(dòng)5G關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共識(shí)達(dá)成，為5G產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。
我國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)總體目標(biāo)及工作計(jì)劃
我國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)的總體目標(biāo)是通過(guò)5G試驗(yàn)，促進(jìn)5G核心關(guān)鍵技術(shù)成熟，推動(dòng)5G技術(shù)研發(fā)；驗(yàn)證5G技術(shù)方案設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)滿足ITU性能指標(biāo)的5G技術(shù)概念樣機(jī)，為5G產(chǎn)品研發(fā)奠定基礎(chǔ)；構(gòu)建全球化的5G聯(lián)合試驗(yàn)平臺(tái)，促進(jìn)全球統(tǒng)一的5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)形成。
基于ITU和3GPP確定的5G工作計(jì)劃，結(jié)合全球主要企業(yè)的5G研發(fā)計(jì)劃，我國(guó)5G試驗(yàn)分兩步實(shí)施，第一步為5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)（2016年～2018年），主要目標(biāo)是支撐5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制，第二步為5G產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)（2018年至2020年），主要目標(biāo)是基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的第一版本，開(kāi)展5G預(yù)商用測(cè)試。當(dāng)前主要面向5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)開(kāi)展工作，我國(guó)的5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)總體規(guī)劃為三個(gè)階段：
第一階段（2016年1月～2016年9月）5G關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段
本階段主要目標(biāo)是通過(guò)對(duì)5G單項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)樣機(jī)的測(cè)試，評(píng)估5G候選關(guān)鍵技術(shù)性能，推動(dòng)5G關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共識(shí)達(dá)成，此階段測(cè)試對(duì)象為業(yè)界主流企業(yè)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)樣機(jī)。
第二階段（2016年6月～2017年9月）5G技術(shù)方案驗(yàn)證階段
本階段主要面向ITU確定的5G性能指標(biāo)，基于不同廠商提出的5G技術(shù)方案開(kāi)發(fā)的5G概念樣機(jī)開(kāi)展測(cè)試，驗(yàn)證不同廠商的5G技術(shù)方案性能，支撐國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定。本階段將制定統(tǒng)一的設(shè)備規(guī)范和測(cè)試規(guī)范，利用第三方測(cè)試儀表，在統(tǒng)一的試驗(yàn)環(huán)境下開(kāi)展單基站性能測(cè)試。
第三階段（2017年6月～2018年10月）5G系統(tǒng)驗(yàn)證階段
本階段的主要目標(biāo)是通過(guò)多基站高低頻混合組網(wǎng)，構(gòu)建5G典型應(yīng)用場(chǎng)景，開(kāi)展5G系統(tǒng)的組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，評(píng)估5G系統(tǒng)在組網(wǎng)條件下的性能，同時(shí)，開(kāi)展5G典型業(yè)務(wù)演示，為后續(xù)的5G試商用奠定基礎(chǔ)。
我國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)進(jìn)展
我國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)于2016年1月啟動(dòng), 截至2016年9月15日，在推進(jìn)組的組織下，國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信設(shè)備制造商、運(yùn)營(yíng)商和科研機(jī)構(gòu)通力合作，已順利完成了5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第一階段測(cè)試工作。
一、5G無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試進(jìn)展
華為、大唐、中興、愛(ài)立信、諾基亞/上海貝爾、三星、英特爾等共7家國(guó)內(nèi)外企業(yè)完成了第一階段測(cè)試工作，涉及的無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線、新型多址、超密集組網(wǎng)、高頻段通信、新型多載波、先進(jìn)編碼調(diào)制和全雙工等。
大規(guī)模天線陣列是提升5G系統(tǒng)頻譜效率最有效的手段，MIMO技術(shù)在4G系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，面對(duì)5G傳輸速率與系統(tǒng)容量方面的挑戰(zhàn)，天線數(shù)目的進(jìn)一步增加將是5G技術(shù)重要的演進(jìn)方向。基于華為、中興、大唐大規(guī)模天線陣列的試驗(yàn)樣機(jī)的性能測(cè)試結(jié)果，通過(guò)將天線端口數(shù)增加至64～128，相比于LTE-A，可實(shí)現(xiàn)3～4倍的頻譜效率提升，結(jié)合新型多址、先進(jìn)編碼等關(guān)鍵技術(shù)，可滿足ITU頻譜效率指標(biāo)3～5倍提升需求。面向商用的低成本大規(guī)模天線系統(tǒng)將是后續(xù)重要的研究方向。
新型多址技術(shù)作為創(chuàng)新性的5G技術(shù)方向，通過(guò)將多個(gè)用戶信息疊加在相同的時(shí)頻資源上進(jìn)行傳輸，在接收端利用先進(jìn)的接收算法分離用戶信息，不僅可成倍提升系統(tǒng)的接入容量，還可有效提升系統(tǒng)頻譜效率。在試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)華為稀疏編碼多址接入（SCMA）、中興多用戶共享接入（MUSA）和大唐圖樣分割多址接入（PDMA）概念樣機(jī)的性能測(cè)試，相對(duì)于現(xiàn)有LTE系統(tǒng)，新型多址技術(shù)可以將系統(tǒng)的上行用戶接入容量提升至3倍，下行小區(qū)平均吞吐量增益可達(dá)86%以上，但新型多址技術(shù)接收機(jī)的復(fù)雜度較高，尤其與大規(guī)模天線、高階調(diào)制相結(jié)合的情況下，因此，低復(fù)雜度接收機(jī)算法研究將是后續(xù)的研究重點(diǎn)。
高頻段通信作為未來(lái)5G重要的技術(shù)方向，在滿足5G峰值速率和系統(tǒng)容量指標(biāo)方面將起到重要的支撐作用，因此，受到業(yè)界主流企業(yè)的廣泛關(guān)注。通過(guò)對(duì)愛(ài)立信、華為、三星、中興、諾基亞和上海貝爾等公司的高頻段試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，初步驗(yàn)證了高頻段技術(shù)方案支持大帶寬高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，同時(shí)，也驗(yàn)證了高頻段非視距傳輸?shù)男阅堋＠酶哳l段大帶寬可滿足10～20Gbps的ITU峰值速率指標(biāo)要求。
新型多載波技術(shù)通過(guò)濾波處理來(lái)降低帶外泄露，可以更有效支持基于不同子帶的異步傳輸。通過(guò)對(duì)華為、中興、愛(ài)立信和上海貝爾新型多載波技術(shù)方案的測(cè)試，驗(yàn)證了新型多載波技術(shù)性能，相對(duì)于OFDM技術(shù)，新型多載波可以充分利用系統(tǒng)保護(hù)帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可獲得更高的頻譜使用效率，同時(shí)，面對(duì)5G不同場(chǎng)景及業(yè)務(wù)需求，可將系統(tǒng)帶寬劃分為不同子帶，不同子帶采用不同的技術(shù)方案進(jìn)行異步傳輸，對(duì)系統(tǒng)性能不會(huì)產(chǎn)生影響。
先進(jìn)編碼調(diào)制技術(shù)測(cè)試主要驗(yàn)證了極化碼的性能，極化碼是一種新型編碼方式，也是當(dāng)前3GPP標(biāo)準(zhǔn)制定中的一種候選編碼技術(shù)方案，通過(guò)對(duì)華為極化碼試驗(yàn)樣機(jī)在靜止和移動(dòng)場(chǎng)景下的性能測(cè)試，針對(duì)短碼長(zhǎng)和長(zhǎng)碼長(zhǎng)兩種場(chǎng)景，在相同信道條件下，相對(duì)于Turbo碼，可以獲得0.3～0.6dB的誤包率性能增益，同時(shí)，華為還測(cè)試了極化碼與高頻段通信相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了20Gbps以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，驗(yàn)證了極化碼可有效支持ITU所定義的三大應(yīng)用場(chǎng)景。
全雙工技術(shù)是一種新型的雙工技術(shù)，通過(guò)高效的自干擾消除方案，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻全雙工收發(fā)，因此，全雙工技術(shù)的核心是自干擾消除，通過(guò)對(duì)華為全雙工實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的測(cè)試，在20MHz帶寬，2天線收發(fā)條件下，可以實(shí)現(xiàn)113dB的自干擾消除能力。
超密集組網(wǎng)通過(guò)更加密集的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署，可以獲得更高的頻譜復(fù)用效率，從而在局部熱點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級(jí)的系統(tǒng)容量提升，是滿足2020年及未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量需求的主要技術(shù)手段。通過(guò)對(duì)大唐超密集組網(wǎng)試驗(yàn)樣機(jī)的測(cè)試，驗(yàn)證了超密集組網(wǎng)中的虛擬小區(qū)等關(guān)鍵技術(shù)在滿足系統(tǒng)容量，提升用戶體驗(yàn)速率等方面的優(yōu)勢(shì)，在100MHz帶寬條件下，在覆蓋面積300m2情況下，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量3.3Gbps，可等效實(shí)現(xiàn)流量密度約11Tbps/km2，可滿足ITU流量密度指標(biāo)要求。
二、網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試進(jìn)展
華為、中興通訊、大唐、愛(ài)立信、諾基亞/上海貝爾和英特爾六家公司完成了網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試。涉及的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)切片、移動(dòng)邊緣計(jì)算、控制和承載分離、網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)等。
網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，通過(guò)切片技術(shù)能夠改變?cè)芯W(wǎng)絡(luò)剛性管道模式。切片模板、切片生命周期管理、多切片接入、切片共享和切片運(yùn)行維護(hù)方面等功能已基本成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)基于5G場(chǎng)景和需求靈活構(gòu)建不同特性網(wǎng)絡(luò)切片的能力。
控制和承載分離，相比與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能的完全分離，網(wǎng)絡(luò)功能可以按需編排和重構(gòu)，從而滿足不同場(chǎng)景差異化要求。
網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)，5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠基于虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，硬件平臺(tái)采用通用x86服務(wù)器，云管理系統(tǒng)基于開(kāi)源技術(shù)。基于虛擬化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在計(jì)算性能和通信性能上較專用硬件有一定下降，但是在資源利用效率上更加靈活和高效。
移動(dòng)邊緣計(jì)算，5G網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)的本地路由、阻斷、透?jìng)?、限速、?jì)費(fèi)以及切換等功能，可以有效降低業(yè)務(wù)時(shí)延，提高視頻類業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)。
三、5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第二階段測(cè)試計(jì)劃
5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第一階段測(cè)試已順利結(jié)束，IMT-2020（5G）推動(dòng)組已于2016年6月啟動(dòng)了第二階段測(cè)試規(guī)范的起草工作，計(jì)劃10月份完成無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試規(guī)范的制定，2016年年底前將啟動(dòng)第二階段無(wú)線技術(shù)測(cè)試工作，2017年年中將啟動(dòng)第二階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)測(cè)試工作。
5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第二階段測(cè)試將基于統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一試驗(yàn)頻率、統(tǒng)一的設(shè)備和測(cè)試規(guī)范開(kāi)展，面向連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低時(shí)延高可靠和低功耗大連接等5G典型場(chǎng)景，驗(yàn)證不同廠商技術(shù)方案的功能和性能。并且，還將開(kāi)展5G核心網(wǎng)增強(qiáng)和無(wú)線接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)方案測(cè)試。此外，還將重點(diǎn)推動(dòng)系統(tǒng)、芯片和儀表廠商合作開(kāi)展多方對(duì)接測(cè)試，培育5G產(chǎn)業(yè)鏈。
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