5G架构、技术与发展方式探析

摘要：部分5G领军人物探讨了5G框架、技术、发展时间表与发展方式等热点问题。

5G的愿景与需求

　　工信部电信研究院通信标准研究所所长王志勤称，5G是面向2020年商业应用的系统。对5G到底是一个什么样的系统，到底能满足哪些需求，今年国际电信联盟已经发布了5G的愿景和需求。在国内有IMT-2020(5G)推进组，提出了我们国家对5G的理解。

　　*5G架构

　　5G一方面在现有的4G进一步提升，满足移动互联网的需求，另外5G向各行各业拓展，因此说5G是未来社会生活的基础设施。图1展现的是一个非常有名的、我国提出来的5G之花，其中六片花瓣代表了5G的性能指标，下面三个叶子是它的能效指标。从它的关键性能来看，和4G相比，也能够体现对移动互联网和物联网的支持。一个在移动互联网领域提出了用户体验速率，另外针对物联网提出来每平方公里达到百万级的连接密度、毫秒级的时延。

　　可以简单地将5G的主要场景划分为两大类：移动物联网场景，移动互联网场景。移动互联网场景和4G网比较相象，所以也包括了广域覆盖、热点高容量。针对物联网多样化场景，简单的来看，或者说从非常具有挑战意义的关键指标来看又划分为两个：1.低时延高可靠性场景，车联网和工业场所在的环境;2.低功耗、大连接场景，如智能电网，抄表等，在此条件下连接和低功耗的要求挑战最大。

　　对于物联网多样化的场景，如何通过一个无线接口实现，对我们来说是非常大的挑战。现在国内首先提出来5G软空口或叫做灵活空口。空口是统一框架，能够满足移动互联网各种场景的需要，同时又是一个灵活可配制的，它包括很多关键参数，比如帧结构、调制方式、信道编码等等，针对不同的应用场景可以做不同的参数，我们可以形成一个最优的解决方案满足这个场景。

　　*5G关键技术

　　在整个架构确定之后，5G的关键技术也是非常重要的一个元素。什么是5G关键技术?大家还在讨论。因为从明年开始会在全球开始5G标准的一些研究工作，所以哪些关键技术能够进入到标准中，其中除了它的先进性以外，这种技术的可实现性和产业的成熟度也是评估技术标准的要素，从这两个角度来说也是本次大赛所特别验证的，也是对我们的标准化工作给予有力支撑的一个方面。

　　图4中列出了部分5G的关键技术，有一些其实是在4G中有很多积累。包括大规模天线阵列，新型多址技术和超密集组网等。此外，针对新型的多载波和先进的调制编码技术，业界现在正在做很多研究，看它们到底在哪些方面是否可适用于5G。其中三大新空口算法就是重要的5G候选技术：

　　● F-OFDM(Filter-OFDM)，它能够实现空口物理层切片后向兼容LTE 4G系统、又能满足未来5G发展的需求。它能将OFDM载波带宽划分成多个不同参数的子带，并对子带进行滤波，而在子带间尽量留出较少的隔离频带;可以将整个频段按照未来不同种类的业务精细分割，对空口实现灵活切片更好支持不同业务的带宽时延、可靠性需要，同时带来频谱资源利用率提升。

　　● 极化码Polar Code，一个能达到香农极限信道容量的特殊码系，近年得到了5G标准化研发机构和学术界的强烈关注。

　　● SCMA(稀疏码多址接入)，是应5G需求设计产生的一种非正交多址技术。其非正交叠加的码字个数可以成几倍大于使用的资源块个数，从而成几倍的提高频谱利用率。

　　5G关键技术在为期7个月的“第一届5G算法大赛“中得到很好的验证，此次大赛最大的感受就是惊喜!成功!这和华为提供算法培训，ALtera提供FPGA平台支持以及高校学生的努力是分不开的，这是高校和产业界合作的典范，也刚好为2016年即将开启的5G标准研究奠定了很好的基础!

5G需要开放、共赢

　　华为无线网络首席战略官余泉称，5G有一个非常美好的万物互联的远景，相比以前的技术会有很大的差异。我们从第一代模拟移动通信技术到现在正在使用的4G通信技术，主要解决的就是人的通信问题和联接需求问题。5G将会把物的需求也纳入进来，这里面肯定会有很多技术、网络、商业方面的改变。现在的移动通信是由移动运营商主导的，未来5G产业有很多垂直行业的参与者，我们的消费者，也就是移动通信的使用者都会参与到5G产业当中去。有人说，移动通信发展到现在，是一个传统行业，而5G，有可能又将移动通信产业重新变成一个朝阳产业。

　　万物互联的世界对每个人都是激动人心的事情。面向这样的一个时代，华为认为一个很重要的改变，就是要更加开放。5G时代需要一个更加开放，更加创新的环境。所以华为从投入5G第一天开始，就抱着开放的心态。华为在全球有9个重量级研究中心、超过500名专家参与到5G的研发，根据不同国家的科学家擅长的领域，不同研究中心覆盖不同的方面，比如：华为俄罗斯研究所主要领域在算法，因为俄罗斯的数学很强，有很多很强的数学家。

　　在这样的研究布局基础之上，华为跟全球顶尖高校都有合作，也包括国内的西电、成电、清华和东南大学等。华为还和全球近10家顶级运营商在5G方面开展合作，还参加了全球主要的5G产业组织。我们希望以这样一种方式，整合全球的资源，来共创5G更美好的未来。

　　展望未来，5G会在2020年商用(如图5和6)。中国政府宣布了2020年5G商用的目标，韩国、日本、美国也宣布了类似的时间表。我相信中国的5G产业会在前几代人的基础之上，站在更加领先的位置。我们可以看到在全球的标准组织和频谱组织已经制订相应的时间表，为5G的到来做好准备，服务于2020年的商用目标。

　　华为从2009年开始投入5G，目前约有500位以上的科学家和顶级专家专注于在5G研究。截止到目前基本上完成了大部分可能的5G技术筛选和技术研究，也在实验室完成了这些技术的验证，并且在成都建立了全球第一个基于5G候选技术的多用户的外场。这个外场取得了非常好的、超出业界预期的结果。未来3~5年，华为会在全球主要5G的市场上和全球其他合作伙伴开展外场和预商用测试，积极为5G产业贡献自己的力量。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第1期第14页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。