1.3 5G系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)

5G系統(tǒng)支持兩大類業(yè)務(wù)，覆蓋4個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景，滿足8項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)需求，因此很難用單一無線空口技術(shù)或者無線接入系統(tǒng)滿足所有需求和目標(biāo)。5G系統(tǒng)為了滿足各種極具挑戰(zhàn)性的性能需求，一方面需要研究先進(jìn)的空口傳輸技術(shù)以提升頻譜效率和傳輸性能，設(shè)計(jì)新型無線傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，優(yōu)化傳輸和信號(hào)處理流程；同時(shí)還需要增加更多的頻譜資源，用于提升傳輸速率和系統(tǒng)容量。由于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)所用3GHz以下頻譜資源受限，需要在高頻段上擴(kuò)展頻譜資源，未來移動(dòng)通信頻譜將進(jìn)一步拓展到毫米波頻段，達(dá)到100GHz以上。因此，無線空口傳輸關(guān)鍵技術(shù)除了需要研究面向3GHz以下頻段的關(guān)鍵技術(shù)，還需要研究3～100GHz頻段傳輸特點(diǎn)的無線技術(shù)與方案。

面向5G的無線接入系統(tǒng)，可以通過融合和創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)展路徑來滿足5G面對(duì)的各種挑戰(zhàn)。可以利用不斷持續(xù)優(yōu)化和演進(jìn)的LTE/LTE-Advanced等現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)，通過將5G新空口與現(xiàn)有LTE/LTE-Advanced進(jìn)行融合組網(wǎng)，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與投資，并通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，提升網(wǎng)絡(luò)性能和系統(tǒng)的效率，降低設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本，滿足未來長(zhǎng)期發(fā)展的需求。為了尋求持續(xù)盈利能力，運(yùn)營商需要調(diào)整思路適應(yīng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的變革，降低網(wǎng)絡(luò)成本，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營靈活性和業(yè)務(wù)能力。

廣域連續(xù)覆蓋場(chǎng)景的主要目標(biāo)是在傳統(tǒng)蜂窩通信廣域無縫覆蓋的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高全網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)速率和網(wǎng)絡(luò)平均頻譜效率。引入諸如大規(guī)模MIMO技術(shù)、新型調(diào)制編碼等技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的平均頻譜效率，以及小區(qū)邊緣用戶的頻譜效率，達(dá)到100Mbit/s以上的用戶體驗(yàn)速率。隨著有源天線技術(shù)的成熟，天線在射頻端可以進(jìn)一步分離為多個(gè)小的單元，計(jì)算能力的快速提升將允許聯(lián)合處理大量天線的中頻或者基帶信號(hào)，使得超過幾十至幾百天線單元的大規(guī)模MIMO技術(shù)在5G基站上的應(yīng)用成為可能。大規(guī)模天線技術(shù)同時(shí)具備多天線賦形增益和多用戶復(fù)用增益，在提高系統(tǒng)覆蓋能力的同時(shí)，也提升了系統(tǒng)頻譜效率，并且能耗并不會(huì)增加，非常適合廣域覆蓋場(chǎng)景。新型的調(diào)制編碼技術(shù)采用了新型編碼方案，如LDPC（Low Density Parity Code）和極化碼（Polar Code），新型調(diào)制和編碼的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)，可進(jìn)一步提升空口頻譜效率。

局部熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景的主要目標(biāo)是在室內(nèi)和室外熱點(diǎn)等小覆蓋區(qū)域，提供極高的峰值速率和用戶體驗(yàn)速率，并滿足區(qū)域流量密度的需求。現(xiàn)有4G技術(shù)在支持小小區(qū)方面做了大量的優(yōu)化，但是由于頻譜帶寬受限、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)約束等原因，難以滿足5G超高速率和超高流量密度的需求。需要進(jìn)一步引入超密集組網(wǎng)、毫米波通信、頻譜資源共享、終端直通（Direct to Direct，D2D）等關(guān)鍵技術(shù)，提高系統(tǒng)帶寬和峰值速率，在提高網(wǎng)絡(luò)部署密度的同時(shí)降低部署難度，以滿足5G需求。超密集組網(wǎng)技術(shù)基于熱點(diǎn)密集組網(wǎng)場(chǎng)景，提出了以用戶為中心的新型接入網(wǎng)架構(gòu)和移動(dòng)性管理，通過本地化集中式的無線資源管理和干擾管理，提升用戶體驗(yàn)。毫米波通信利用更高的頻率及更大的帶寬（幾百M(fèi)Hz到GHz），結(jié)合高頻大規(guī)模波束賦形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10Gbit/s以上的峰值速率。另外，小覆蓋場(chǎng)景下，靈活頻譜共享技術(shù)可以利用各種潛在的可用頻段（包括非授權(quán)頻段），提高網(wǎng)絡(luò)整體流量。D2D技術(shù)通過在熱點(diǎn)地區(qū)或者短距離覆蓋范圍內(nèi)，在終端間建立直接的通信，一方面可以降低傳輸時(shí)延，另一方面也可以進(jìn)一步提升頻譜資源共享，進(jìn)而提升系統(tǒng)容量和傳輸速率。

大容量物聯(lián)網(wǎng)的主要目標(biāo)是以極低的成本，支持100萬/km2的器件連接，并能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備低功耗。現(xiàn)有的4G蜂窩系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)方面正在持續(xù)優(yōu)化完善，一定程度上滿足了大容量物聯(lián)網(wǎng)的需求。但是也有必要有針對(duì)性地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用新型多址和調(diào)制方式，優(yōu)化信令和傳輸流程，以及引入D2D等靈活接入方式，以支持低成本大連接。

高可靠物聯(lián)網(wǎng)要求5G系統(tǒng)支持ms級(jí)的端到端業(yè)務(wù)時(shí)延（對(duì)應(yīng)到空口約為1ms），并保證網(wǎng)絡(luò)在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)幾乎100%的通信可靠性。這些要求很難在現(xiàn)有4G空口和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)體系下達(dá)到，需要重新針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)化設(shè)計(jì)空口和網(wǎng)絡(luò)，引入超短幀結(jié)構(gòu)，以及D2D、Mesh、新型調(diào)制等技術(shù)，確保網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和可靠性。以D2D為例，在得到網(wǎng)絡(luò)的授權(quán)后，兩個(gè)設(shè)備間可以直接通信，極大地縮短了端到端的傳輸時(shí)延，非常適合汽車安全與智能駕駛、本地工業(yè)控制等低時(shí)延場(chǎng)景。

綜上所述，大規(guī)模天線、新型調(diào)制編碼、D2D技術(shù)、超密集組網(wǎng)技術(shù)，以及毫米波高頻段通信等將成為滿足5G需求的主要無線傳輸技術(shù)。另外，信道建模是研究大規(guī)模MIMO以及毫米波通信的基礎(chǔ)。未來，無論是大規(guī)模天線還是毫米波通信，天線系統(tǒng)都將是一個(gè)在垂直維和水平維都可以分解的多天線陣列系統(tǒng)，這就要求進(jìn)一步研究三維（3D）空間上的MIMO信道模型，用于系統(tǒng)研究和評(píng)估。

各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)以及對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景，及其在該場(chǎng)景下的主要貢獻(xiàn)初步分析見表1-8。

表1-8 5G關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景