浅谈5G研究现状与网络关键技术

摘 要：首先阐述了5G的业务需求以及应用场景;然后分别从ITU，3GPP，IMT-2020（5G）推进组等三方面总结了5G发展现状;接着分析了大规模天线、超密集组网、新型多址、全频谱接入等关键技术的测试需求;最后对5G网络关键技术所面临的测试挑战进行了总结。

关键词：5G;大规模天线;超密集组网;新型多址;全频谱接入;测试

1 概述

5G是面向2020年及未来的移动通信技术，5G究竟将满足人们怎样的应用需求？畅想未来，5G会拥有哪些主要技术场景？国际电信联盟指出未来的5G具有以下三大主要的应用场景：（1）增强型移动宽带（eMBB） ; （2）超高可靠与低延迟的通信（uRLLC）; （3）大规模机器类通信（mMTC ）。

2 5G研究现状

3 GPP作为国际主流移动通信标准组织，也积极启动了5G议题讨论，并承诺在2019年6月的ITU-R WP5D #32会议上，提交初步的技术文档;在2020年10月的ITU-R WP5D #36会议上，提交详尽的技术规范文档。在3GPP中，SA1/SA2确定的各项业务/系统需求，RAN工作组确定无线接入方面的各项需求。2015年2月，3GPP启动了业务需求工作组（SA1）工作组，同年3月，启动了无线接入网（BAN）工作组，重点讨论5G工作计划，2015年底启动5G接入网需求、信道模型等前期研究工作[3]0

5G标准化工作分为三个阶段完成：在R14阶段，主要进行相关标准研究工作，2016年1月正式启动5G新型网络架构的研究，2016年6月启动5G无线技术研究，这标志着3GPP 5G标准研究正式启动。在R15和R16阶段，正式进行5G标准的实际制定工作，其中，2018年6月，完成R15版本，完成独立组网5G新空口和核心网标准化，支持增强移动宽带和低时延高可靠两大场景，满足2020年商用需求。2019年9月，正式完成R16版本，也即5G完成标准，支持增强移动宽带、低时延高可靠和低功耗大连接三大场景，完全满足ITU技术要求。

3 关键技术测试需求

5G系统中无论是移动互联网业务还是移动物联网业务都比4G系统有显著增加，因此需要引入多项新的关键技术才能达到5G新的技术需求。这些新型关键技术包括大规模天线、超密集组网、新型多址、全频谱接入等。在5G样机测试阶段，需要对这些关键技术进行测试，下面分别针对这几项关键技术进行说明并总结测试需求。

3.1大规模天线

5G基站可支持配置数百根天线和数十个天线端口的大规模天线，并通过多用户MIMO技术，支持更多用户的空间复用。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且几十倍地提升网络容量。另外，这种大规模天线还可以用于6 GHz以上的高频段。大规模天线的测试需求主要集中于测试其所带来的系统频谱和效率提升，具体包括：

（1）小区覆盖拉远测试;

（2）用户在静止时的小區平均频谱效率/平均速率、小区边缘频谱效率/边缘速率、小区峰值速率测试;

（3）用户在中低速车载下的小区平均频谱效率/平均速率、小区边缘频谱效率/边缘速率测试。

3.2超密集组网

超密集组网通过小基站加密部署提升空间复用的方式，成为解决未来5G网络数据流量1 000倍以及用户体验速率10-100倍提升的有效解决方案。其基本思想是缩短发送端和接收端的物理距离，从而提升终端用户的性能。相比于传统的宏基站部署。超密集小区优点包括：小区由用户部署，导致了部署成本的大量减少;密集小区的配置灵活，通过智能的使用规则可以达到减小干扰和提高能效的目的;密集小区部署可以彻底解决覆盖盲区问题，实现用户无缝保持连接的需求以及小区之间的负载均衡。

3.3新型多址

面向5G，新型非正交多址接入技术日益受到产业界的重视。以SCMA， PDMA和MUSA为代表的新型多址技术通过多用户信息在相同资源上的叠加传输，在接收侧利用先进的接收算法分离多用户信息，不仅可以有效提高系统频谱效率，还可以成倍增加系统的接入容量。此外，通过免调度传输，也可有效简化信令流程，并降低空口传输时延。

新型多址技术的测试需求（上行和下行新型多址均可开展以下三类测试）包括：

（1）使用新型多址后，与正交多址相比，验证多用户吞吐量的增益性能;

（2）使用新型多址后，与正交多址相比，在相同资源下，验证接入/服务的用户数目的提升（此时，考虑终端用户数比较多，数据包比较小）;

（3）使用新型多址后，潜在可设计免调度的竞争随机接入机制;测试与正交多址相比，验证新型多址带来的接入时延的降低。

3.4全频谱接入

全频谱接入技术通过有效利用各类移动终端频谱资源来提升数据传输和系统容量。所涉及频段包括6 GHz以下的低频段和6-100 GHz的高频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等。其中6 GHz以下的低频段是5G的核心频段，主要用于无缝覆盖，6 GHz以上的高频段是5G的辅助频段，主要用于热点高容量场景，提升区域速率。

全频谱接入测试的重点在系统对高带宽支持能力、高频覆盖能力、高频波束跟踪技术、高低频混合组网等方面，具体包括：

（1）小区覆盖拉远测试;

（2）用户在静止时的小区平均速率、小区边缘速率、小区峰值速率测试;

（3）用户在低速（步行）移动下的小区平均速率、小区边缘速率测试;

（4）组网移动性切换测试。

4  5G面临的挑战

为达到大于1 Gbit/s平均值和大于10 Gbit/s峰值的高速率数据传输，未来5G系统将使用大规模天线、超密集组网、新型多址、全频谱接入等多种新技术，形成统一的并能按照业务需求进行动态配置的空中接口和网络架构等。5G系统测试技术和产品的设计思想、研发方法、测试接口、关键性能指标等都必须跟随甚至领先于相应的5G核心技术发展而演进。

此外，5G测试系统本身的正确性和有效性也需要先被验证，但系统的复杂性和多样性使传统的工程验证方法不能充分保证5G测试系统的正确性和有效性。因此，针对5G系统的测试工作需要整个产业界通过密切的合作，将测试功能作为5G系统设计的关键之一，推动5G系统和5G测试系统的共同研发。

参考文献：

[1]IMT2020（5G）推进组.5G愿景与需求白皮书[R]，2014.

作者简介：

李深铿（1986-），男，汉，广西北流市，学士，中国联合网络通信有限公司玉林市分公司，主要研究无线网络优化。