大唐電信集團陳山枝：發(fā)展5G的分析與建議

　　1 引言

　　無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信在20多年里得到了飛速的發(fā)展，給人們的生活、學(xué)習和工作方式以及政治、經(jīng)濟、社會(huì )等各方面都帶來(lái)了巨大的影響。20世紀末，中國提出的TD-SCDMA被國際電信聯(lián)盟(ITU)接納成為三大3G國際標準之一，實(shí)現了中國通信歷史上的百年突破。隨后，我國企業(yè)主導并擁有核心知識產(chǎn)權的TD-LTE-Advanced(以下簡(jiǎn)稱(chēng)TD-LTE)，成為全球兩大4G主流標準之一。目前，已有43個(gè)國家和地區推出了67個(gè)TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò )，TD-LTE基站數達140萬(wàn)套，占4G基站總數的43%;TD-LTE用戶(hù)數達4.7億戶(hù)，占全球4G用戶(hù)總數的40%。TD-LTE在與美國企業(yè)主導的WiMAX的產(chǎn)業(yè)競爭中勝出，全球90%的WiMAX網(wǎng)絡(luò )將升級到TD-LTE。TD-LTE已成為全球TDD技術(shù)共同演進(jìn)的方向，發(fā)展空間巨大。

　　自2012年初WRC-12上ITU通過(guò)了4G標準之后，通信業(yè)界開(kāi)始研究5G。各國成立了專(zhuān)門(mén)組織推進(jìn)5G研究，爭搶新一輪技術(shù)和標準的影響力和制高點(diǎn)。例如，歐盟啟動(dòng)了METIS、5GNOW等多個(gè)5G預研項目，并成立了5GPPP;韓國成立了5G Forum等;美國和日本也啟動(dòng)了5G研究?！禝EEE Communications Magazine》在2014年2月和5月出版了兩期關(guān)于5G的技術(shù)專(zhuān)題。

　　2013年2月，我國由工業(yè)和信息化部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)工信部)、科技部、國家發(fā)展和改革委員會(huì )(以下簡(jiǎn)稱(chēng)國家發(fā)展改革委)等發(fā)起成立IMT-2020(5G)推進(jìn)組，目標是在“3G突破、4G同步”的基礎上，實(shí)現“5G引領(lǐng)”全球。為配合該目標，國家“863”計劃、國家重大科技專(zhuān)項及地方政府等分別設置了5G相關(guān)研究課題。IMT-2020(5G)推進(jìn)組前期完成了5G的需求、概念、無(wú)線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的分析，且有多項成果輸入ITU。

　　我國IMT-2020(5G)推進(jìn)組分析了驅動(dòng)5G發(fā)展的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)兩類(lèi)業(yè)務(wù)需求，提出了包括6項性能指標和3項效率指標的“5G需求之花”，定義了廣域覆蓋、熱點(diǎn)覆蓋、低功耗大連接物聯(lián)網(wǎng)和低時(shí)延高可靠物聯(lián)4類(lèi)5G主要應用場(chǎng)景。ITU將5G需求和應用場(chǎng)景主要分為3類(lèi)：增強的移動(dòng)寬帶(eMBB)(將我國提出的廣域覆蓋、熱點(diǎn)覆蓋歸為此類(lèi))、海量連接的機器類(lèi)通信(mMTC)、超可靠和低時(shí)延通信(cMTC)。同時(shí)定義了8項關(guān)鍵技術(shù)指標，表1中列出了5G相對4G的各個(gè)關(guān)鍵能力提升的倍數。

　　事實(shí)上，5G不再僅僅是上面分析到的更高速率、更大帶寬、更強能力的空中接口技術(shù)，而且是面向用戶(hù)體驗、業(yè)務(wù)應用和行業(yè)應用的智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。需要指出的是，5G對應的是多種不同應用場(chǎng)景，需要的是一組不同能力指標，即表1中的所有指標不是也不可能同時(shí)滿(mǎn)足和達到。上述5G的速率、流量密度、連接密度等關(guān)鍵指標要求帶來(lái)了在技術(shù)、頻率、運營(yíng)等方面的巨大挑戰。

　　2 關(guān)于5G的幾點(diǎn)認識

　　(1)5G是萬(wàn)物互聯(lián)、連接場(chǎng)景的一代

　　5G是移動(dòng)通信從1G到4G主要以人與人通信為主，跨越到人與物、物與物通信的時(shí)代。5G是萬(wàn)物互聯(lián)和連接場(chǎng)景的時(shí)代。從業(yè)務(wù)和應用的角度，5G具有三大特點(diǎn)：大數據、海量連接和場(chǎng)景體驗，滿(mǎn)足未來(lái)更廣泛的數據和連接業(yè)務(wù)需要，提升用戶(hù)體驗。

　　數據和連接是信息社會(huì )的時(shí)代特征。全球化將進(jìn)入一個(gè)新紀元，一個(gè)由數據和連接傳遞信息、思想和創(chuàng )新的全新時(shí)代。5G將應時(shí)而生。

　　(2)5G是電信IT化、軟件定義的一代

　　5G將是全新一代的移動(dòng)通信技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò )呈軟件化、智能化、平臺化趨勢，是通信技術(shù)(CT)與信息技術(shù)(IT)的深度融合，是電信IT化的時(shí)代。

　　軟件定義的5G，包括采用通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò )(software defined networking，SDN)和網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化(network function virtualization，NFV)以及軟件定義無(wú)線(xiàn)電的無(wú)線(xiàn)接入空口，實(shí)現5G可編程的核心網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)接口。SDN和NFV將引起5G的IT化，包括硬件平臺通用化、軟件實(shí)現平臺化、核心技術(shù)IP化。運營(yíng)商能在通用硬件基礎上加載專(zhuān)用軟件實(shí)現5G設備運行，IT化對于傳統電信設備制造商將是一個(gè)挑戰。就像Google(谷歌)和百度等定制服務(wù)器一樣，給IBM和HP等傳統服務(wù)器廠(chǎng)商帶來(lái)挑戰。

　　(3)5G是云化的一代

　　5G的云化趨勢包括：基帶處理能力的云化(云架構的RAN，即C-RAN)、采用移動(dòng)邊緣內容與計算(mobile edge content and computing，MECC)、終端云化。

　　C-RAN是將多個(gè)基帶處理單元(baseband unit， BBU)集中起來(lái)，通過(guò)大規模的基帶處理池為成百上千個(gè)遠端射頻單元(remote radio unit，RRH)服務(wù)。此時(shí)，基帶處理能力是云化的虛擬資源。邏輯集中的控制增加了系統的靈活性，方便升級。C-RAN減少了基站機房數量，可以大幅度降低建設和運維成本，同時(shí)還能大幅度降低能耗。但存在的問(wèn)題與挑戰是BBU與RRU間的前傳(fronthaul)帶寬開(kāi)銷(xiāo)大(以L(fǎng)TE為例，3個(gè)扇區的單個(gè)小區的帶寬就在16 Gbit/s左右)以及引起的額外時(shí)延問(wèn)題。

　　5G將采用MECC，即在靠近移動(dòng)用戶(hù)的位置上提供IT服務(wù)環(huán)境和云計算能力，使應用、服務(wù)和內容部署在分布式移動(dòng)環(huán)境中，針對資源密集的應用(如圖像、視頻、制圖等)，將計算和存儲卸載到無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)，從而降低了對通信帶寬的開(kāi)銷(xiāo)，并提高了實(shí)時(shí)性。

　　5G的終端云化，隨著(zhù)集成電路技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)移動(dòng)終端能力和資源(包括計算、存儲、傳感等)將得到大幅提升，也可以實(shí)現本地資源共享和云化，特別是在社交網(wǎng)絡(luò )應用中。

　　(4)5G是蜂窩結構變革的一代

　　從1G到4G都是基于傳統的蜂窩系統，即形狀是基本規則(六邊形)的蜂窩小區組網(wǎng)，且是一個(gè)干擾受限系統。目前，密集高層辦公樓宇、住宅和場(chǎng)館等城市熱點(diǎn)區域承載了70%以上的無(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)。為了解決容量和干擾問(wèn)題，新技術(shù)不斷引入，如分布式天線(xiàn)、多輸入多輸出(MIMO)、多用戶(hù)檢測、基站間協(xié)作(CoMP)和中繼等。而熱點(diǎn)區域的家庭基站、無(wú)線(xiàn)中繼站、小小區基站和分布式天線(xiàn)等(統稱(chēng)異構基站)大多數呈非規則、無(wú)定形部署特性和層疊覆蓋，形成了異構分層無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

　　結合虛擬網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商(virtual network operator, VNO)需求，產(chǎn)生了虛擬接入網(wǎng)(virtual RAN, VRAN)與虛擬小區的概念。VRAN就是可以在一個(gè)物理設備上按需產(chǎn)生多個(gè)RAN實(shí)例，5G提供了RAN即服務(wù)(RAN-as-a-service，RANaaS)。

　　可見(jiàn)，傳統單層規則的蜂窩小區概念已不存在，移動(dòng)通信首次出現了去蜂窩的趨勢，5G將是蜂窩結構變革的一代。

　　(5)5G是承前啟后和探索的一代

　　移動(dòng)通信技術(shù)更新約10年一代。1G的目的是要解決語(yǔ)音通信，但語(yǔ)音質(zhì)量與安全性都不好;到2G時(shí)，GSM和CDMA在解決語(yǔ)音通信方面達到極致;1998年提出的3G最初目標是解決多媒體通信(如視頻通信)，但2005年后出現移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入的重大應用需求，不過(guò)解決得不好;LTE對移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入需求的解決是到位的，但又面臨語(yǔ)音通信(VoLTE)問(wèn)題。

　　筆者認為，目前呈現的是“1G短、2G長(cháng)、3G短、4G長(cháng)”的特征，那5G呢?5G的目標是要解決萬(wàn)物互聯(lián)，但目前還沒(méi)有得到垂直行業(yè)(物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等)的正面回應。因此，未來(lái)需求到底是什么?產(chǎn)業(yè)生態(tài)是什么?現在都只是通信技術(shù)專(zhuān)家們的設想，正如1998年提出的3G。因此，5G極有可能與3G類(lèi)似，是一個(gè)相對短暫的一代。但有一點(diǎn)是肯定的，5G將是有探索價(jià)值的一代，是移動(dòng)通信歷史上邁向萬(wàn)物互聯(lián)的承前啟后的一代。

　　3 5G無(wú)線(xiàn)傳輸關(guān)鍵技術(shù)

　　從技術(shù)標準架構看，5G無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)涉及幀結構、雙工模式、波形、多址接入、編碼調制、天線(xiàn)、接入控制協(xié)議等。大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(以下簡(jiǎn)稱(chēng)大唐電信)在2013年發(fā)布了5G白皮書(shū)，隨后我國IMT-2020(5G)推進(jìn)組梳理了5G無(wú)線(xiàn)側關(guān)鍵技術(shù)，主要有大規模多天線(xiàn)、新型多址接入、超密集組網(wǎng)、高頻段通信、低時(shí)延高可靠物聯(lián)網(wǎng)、靈活頻譜共享、新型編碼調制、新型多載波、M2M、D2D(device to device)、靈活雙工、全雙工共12項關(guān)鍵技術(shù)。

　　當前5G關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)始收斂。筆者認為：大規模多天線(xiàn)和新型多址接入技術(shù)可以提升頻譜效率，構成“任何時(shí)間、任何地點(diǎn)”確保用戶(hù)體驗的關(guān)鍵技術(shù);超密集組網(wǎng)和高頻段通信技術(shù)可以提升熱點(diǎn)流量和傳輸速率，基于LTE-Hi演進(jìn)技術(shù)的能力提升;低時(shí)延高可靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以拓展業(yè)務(wù)應用范圍，將成為5G物聯(lián)網(wǎng)應用(如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng))的關(guān)鍵使能技術(shù)。

　　3.1 大規模多天線(xiàn)

　　傳統的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)主要是挖掘時(shí)域與頻域資源，20世紀90年代，Turbo碼的出現使信息傳輸速率幾乎達到了香農極限。多天線(xiàn)技術(shù)將信號處理從時(shí)域和頻域擴展到空間域，從而提高了無(wú)線(xiàn)頻譜效率和傳輸可靠性。多天線(xiàn)技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源，從二維到三維，從高階MIMO到大規模陣列天線(xiàn)的發(fā)展。

　　從香農信息論可知，從1G到3G，通過(guò)調制與編碼等技術(shù)進(jìn)步來(lái)提高信噪比實(shí)現容量提升的方法已接近極限，但MIMO技術(shù)可以在空間域上進(jìn)一步有效地提高信噪比。理論上，MIMO系統容量與天線(xiàn)數成正比，即增加天線(xiàn)數可以線(xiàn)性地增加系統容量。當基站側天線(xiàn)數遠大于用戶(hù)天線(xiàn)數時(shí)，基站到各個(gè)用戶(hù)的信道將趨于正交。此時(shí)，用戶(hù)間干擾將趨于消失，而巨大的陣列增益將有效地提升每個(gè)用戶(hù)的信噪比，從而能在相同的時(shí)域和頻域資源中共同調度更多用戶(hù)。

　　隨著(zhù)關(guān)鍵技術(shù)的突破，特別是射頻器件和天線(xiàn)等技術(shù)的進(jìn)步，使多達100個(gè)以上天線(xiàn)端口的大規模多天線(xiàn)技術(shù)在5G應用成為可能，是目前業(yè)界公認為應對5G在系統容量、數據速率等方面挑戰的標志技術(shù)之一。在實(shí)際應用中，通過(guò)使用大規模多天線(xiàn)陣列，基站可以在三維空間形成具有更高空間分辨率的高增益窄細波束，從而實(shí)現更靈活的空間復用能力和改善接收端接收信號，并且更窄波束可以大幅度降低用戶(hù)間干擾，從而實(shí)現更高的系統容量和頻譜利用效率。

　　大規模多天線(xiàn)技術(shù)在5G中的潛在應用場(chǎng)景包括宏覆蓋、高層建筑、異構網(wǎng)絡(luò )、室內外熱點(diǎn)及無(wú)線(xiàn)回傳鏈路等。在廣域覆蓋場(chǎng)景，大規模多天線(xiàn)技術(shù)可以利用現有頻段;在熱點(diǎn)覆蓋或回傳鏈路等場(chǎng)景中，則可以考慮使用更高頻段。

　　當前，大規模多天線(xiàn)技術(shù)面臨的挑戰包括：基帶運算的復雜度、處理時(shí)間和成本問(wèn)題;信道測量性能和信道狀態(tài)信息反饋的導頻開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題;相位噪聲與校正問(wèn)題等。主要研究方向包括：高效信號處理技術(shù)、信道建模及系統性能分析技術(shù)、信道狀態(tài)信息獲取技術(shù)、成形碼本的設計、多用戶(hù)調度與資源管理技術(shù)、大規模有源陣列天線(xiàn)技術(shù)、覆蓋增強技術(shù)以及高速移動(dòng)解決方案。

　　包括大唐電信在內的我國企業(yè)從TD-SCDMA開(kāi)始，首次在全球將智能天線(xiàn)波束成形技術(shù)引入蜂窩移動(dòng)通信系統，并且在TD-LTE中拓展到8天線(xiàn)多流波束成形技術(shù)，實(shí)現了波束成形與空間復用的深度融合，在國際上領(lǐng)先，且已經(jīng)在全球商用，性能得到業(yè)界認可。目前大部分商用FDD LTE仍采用2天線(xiàn)(部分采用4天線(xiàn))。在多天線(xiàn)技術(shù)方面，FDD落后于TDD?？梢?jiàn)，TD-LTE的多天線(xiàn)多流波束成形技術(shù)成果為我國企業(yè)在5G大規模多天線(xiàn)及波束成形的技術(shù)研究、標準與產(chǎn)業(yè)上取得了先機。

　　3.2 5G新型多址接入技術(shù)：PDMA

　　多址接入技術(shù)是解決多用戶(hù)進(jìn)行信道復用的技術(shù)手段，是移動(dòng)通信系統的基礎性傳輸方式，關(guān)系到系統容量、小區構成、頻譜和信道利用效率以及系統復雜性和部署成本，也關(guān)系到設備基帶處理能力、射頻性能和成本等工程問(wèn)題。多址接入技術(shù)可以將信號維度按照時(shí)間、頻率或碼字分割為正交或者非正交的信道，分配給用戶(hù)使用。歷代移動(dòng)通信系統都有其標志性的多址接入技術(shù)作為其革新?lián)Q代的標志。例如：1G的模擬頻分多址接入(FDMA)技術(shù);2G的時(shí)分多址接入(TDMA)和頻分多址接入(FDMA)技術(shù);3G的碼分多址接入(CDMA)技術(shù);4G的正交頻分復用(OFDM)技術(shù)。1G到4G采用的都是正交多址接入技術(shù)。對于正交多址接入，用戶(hù)在發(fā)送端占用正交的無(wú)線(xiàn)資源，接收端易于使用線(xiàn)性接收機來(lái)進(jìn)行多用戶(hù)檢測，復雜度較低，但系統容量會(huì )受限于可分割的正交資源數目。從單用戶(hù)信息論角度，LTE的單鏈路性能已接近點(diǎn)對點(diǎn)信道容量，提升空間十分有限;若從多用戶(hù)信息論角度，非正交多址技術(shù)還能進(jìn)一步提高頻譜效率，也是逼近多用戶(hù)信道容量上界的有效手段。

　　因此，若繼續采用傳統的正交多址接入技術(shù)，難以實(shí)現5G需要支持的大容量和海量連接數。理論上，非正交多址接入將突破正交多址接入的容量極限，能夠依據多用戶(hù)復用倍數來(lái)成倍地提升系統容量。非正交多址接入需要在接收端引入非線(xiàn)性檢測來(lái)區分用戶(hù)，得益于器件和集成電路的進(jìn)步，目前非正交已經(jīng)從理論研究走向實(shí)際應用。

　　圖樣分割多址接入(pattern division multiple access，PDMA)技術(shù)，是大唐電信在早期SAMA(SIC amenable multiple access)研究基礎上提出的一種新型非正交多址接入技術(shù)，它采用發(fā)送端與接收端聯(lián)合優(yōu)化設計的思想，將多個(gè)用戶(hù)的信號通過(guò)PDMA編碼圖樣映射到相同的時(shí)域、頻域和空域資源進(jìn)行復用疊加傳輸，這樣可以大幅度地提升用戶(hù)接入數量。接收端利用廣義串行干擾刪除算法實(shí)現準最優(yōu)多用戶(hù)檢測，逼近多用戶(hù)信道容量界，實(shí)現通信系統的整體性能最優(yōu)。PDMA技術(shù)可以應用于通信系統的上行鏈路和下行鏈路，能夠提升移動(dòng)寬帶應用的頻譜效率和系統容量，支持5G海量物聯(lián)網(wǎng)終端接入。PDMA技術(shù)自提出就受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，2014年，PDMA技術(shù)被寫(xiě)入ITU的新技術(shù)報告IMT.Trend。

　　大唐電信對PDMA的仿真評估表明：PDMA能夠使得系統下行頻譜效率提升50%以上，上行頻譜效率提升100%以上;采用PDMA與OFDM結合的接入方式時(shí)，能支持的終端接入數量，相對于4G提升5倍以上。目前，大唐電信正在開(kāi)發(fā)PDMA原型系統。

　　3.3 雙工模式

　　雙工模式是指如何實(shí)現信號的雙向傳輸。時(shí)分雙工(TDD)是通過(guò)時(shí)間分隔實(shí)現信號的發(fā)送及接收;頻分雙工(FDD)是利用頻率分隔實(shí)現信號的發(fā)送及接收。從1G到4G，GSM、CDMA、WCDMA和FDD LTE都是FDD系統，我國企業(yè)主導的TD-SCDMA和TD-LTE都是TDD系統。最新的研究方向是全雙工。

　　全雙工是指同時(shí)、同頻進(jìn)行雙向通信，即無(wú)線(xiàn)通信設備使用相同的時(shí)間、相同的頻率，同時(shí)發(fā)射和接收無(wú)線(xiàn)信號，理論上可使無(wú)線(xiàn)通信鏈路的頻譜效率提高1倍。由于收發(fā)同時(shí)同頻，全雙工發(fā)射機的發(fā)射信號會(huì )對本地接收機產(chǎn)生干擾。根據典型蜂窩移動(dòng)通信系統不同的覆蓋半徑，天線(xiàn)接頭處收發(fā)信號功率差通常在100~150 dB，如何簡(jiǎn)單有效地消除如此大的自干擾是個(gè)難題，還有鄰近小區的同頻干擾問(wèn)題以及工程實(shí)現上的電路小型化問(wèn)題。目前實(shí)現自干擾抑制主要有空域、射頻域和數字域聯(lián)合等技術(shù)方案，研究以高校的理論分析和技術(shù)試驗為主，還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品樣機和應用。另外，全雙工在解決無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的某些特殊問(wèn)題時(shí)有優(yōu)勢，如隱藏終端問(wèn)題和多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )端到端時(shí)延問(wèn)題。

　　靈活雙工是指能夠根據上下行業(yè)務(wù)變化情況，靈活地分配上下行的時(shí)間和頻率資源，更好地適應非均勻、動(dòng)態(tài)變化或突發(fā)性的業(yè)務(wù)分布，有效提高系統資源的利用率。靈活雙工可以通過(guò)時(shí)域、頻域的方案實(shí)現，若在時(shí)域實(shí)現，就是同一頻段上下行時(shí)隙可靈活配比，也就是TDD方案;若在頻域實(shí)現，則存在多于兩個(gè)頻段時(shí)，可以靈活配比上下行頻段;若在傳統FDD上下行的兩個(gè)頻段中，上行頻段的時(shí)隙配置實(shí)現可靈活時(shí)隙配比，則是TDD與FDD融合方案，可應用于低功率節點(diǎn)，但這需要調研各國頻率政策，分析現有政策是否允許此方式。

　　目前產(chǎn)業(yè)界公認在LTE演進(jìn)上主要定位TDD+，認為在5G低頻段將采用FDD和TDD，在高頻段更宜采用TDD。由于TDD模式能更好地支持5G關(guān)鍵技術(shù)(如大規模多天線(xiàn)、高頻段通信等)。筆者預測，全雙工在5G上的應用將有限，TDD和FDD都會(huì )得到應用且融合發(fā)展，但TDD在5G解決大容量和高頻段中會(huì )起到主導應用，而且5G新空口極可能采用TDD模式，第5節將會(huì )有專(zhuān)門(mén)的分析與討論。

　　3.4 超密集組網(wǎng)

　　據參考文獻統計，在1950-2000年的50年間，相對于語(yǔ)音編碼和調制等物理層技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)不到10倍的頻譜效率提升和采用更大的頻譜帶寬帶來(lái)的傳輸速率幾十倍的提升, 通過(guò)縮小小區半徑(即頻譜資源的空間復用)，帶來(lái)的頻譜效率可以提升2 700倍以上?？梢?jiàn)，網(wǎng)絡(luò )密集化是5G應對移動(dòng)數據業(yè)務(wù)大流量和劇增系統容量需求的重要手段之一。網(wǎng)絡(luò )密集程度可以用單位面積內部署的天線(xiàn)數量來(lái)定義，有兩種手段可以實(shí)現：多天線(xiàn)系統(大規模多天線(xiàn)或分布式天線(xiàn)系統等)和小小區的密集部署。后者就是超密集組網(wǎng)，即通過(guò)更加“密集化”的基站部署，單個(gè)小區的覆蓋范圍大大縮小，以獲得更高的頻率復用效率，從而在局部熱點(diǎn)區域提升系統容量達百倍。典型應用場(chǎng)景主要包括辦公室、密集住宅、密集街區、校園、大型集會(huì )、體育場(chǎng)、地鐵和公寓等。

　　隨著(zhù)小區部署密度的增加，超密集組網(wǎng)將面臨許多新的技術(shù)挑戰，如回傳鏈路、干擾、移動(dòng)性、站址、傳輸資源和部署成本等。為了實(shí)現易部署、易維護、用戶(hù)體驗佳，超密集組網(wǎng)的研究方向包括小區虛擬化、自組織自?xún)?yōu)化、動(dòng)態(tài)TDD、先進(jìn)的干擾管理和先進(jìn)的聯(lián)合傳輸等。筆者提出了以用戶(hù)為中心的超密集組網(wǎng)(UUDN)。UUDN突破傳統以網(wǎng)絡(luò )為中心的理念，基于去蜂窩化的思想，采用更加貼近用戶(hù)的本地控制管理中心構建以用戶(hù)為中心的虛擬伴隨小區，通過(guò)高效的移動(dòng)性管理，實(shí)現網(wǎng)隨用戶(hù)動(dòng)。同時(shí)，系統智能感知用戶(hù)需求和網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)，按需選擇合理的接入方式和傳輸方式，實(shí)現以用戶(hù)為中心的業(yè)務(wù)傳輸。另外，以用戶(hù)為中心的超密集網(wǎng)絡(luò )還引入了先進(jìn)的干擾管理、靈活的無(wú)線(xiàn)回傳、智能的網(wǎng)絡(luò )編排、網(wǎng)絡(luò )自?xún)?yōu)化等先進(jìn)特性，以提升網(wǎng)絡(luò )容量和區域頻譜效率，降低部署和維護成本，提升用戶(hù)體驗。

　　3.5 先進(jìn)的頻譜利用技術(shù)

　　(1)高頻段無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)

　　目前，蜂窩移動(dòng)通信系統工作頻段主要在3 GHz以下，用戶(hù)數的增加和更高通信速率的需求，使得頻譜資源十分擁擠，而在6 GHz以上高頻段具有連續的大帶寬頻譜資源。目前產(chǎn)業(yè)界研究6~100 GHz的頻段(稱(chēng)為毫米波，mmWave)來(lái)滿(mǎn)足5G對更大容量和更高速率的需求，傳送高達10 Gbit/s甚至更高速率的數據業(yè)務(wù)。

　　高頻通信已應用在軍事通信和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)方面，但在蜂窩通信領(lǐng)域的應用研究尚處于起步階段。頻段越高，信道傳播路徑損耗越大，因此小區覆蓋半徑將大大縮小。在一定區域內基站數量將大大增加，即形成UDN。高頻信道與傳統蜂窩頻段信道有明顯差異，存在如傳播損耗大、穿透能力有限、信道變化快、繞射能力差和移動(dòng)性支持能力受限等問(wèn)題，需要深入研究高頻信道的測量與建模、高頻新空口和組網(wǎng)技術(shù)。另外，研制大帶寬、低噪聲、高效率、高可靠性、多功能和低成本的高頻器件，仍是產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，而我國產(chǎn)業(yè)在此方面差距更大。

　　(2)動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)

　　據產(chǎn)業(yè)界預測，到2020年移動(dòng)通信頻率需求總量為1 390~1 960 MHz，我國預測結果為1 490~1 810 MHz，頻率缺口達到1 GHz。頻率短缺矛盾凸顯，雖經(jīng)IMT產(chǎn)業(yè)界努力爭取，但從2015年國際無(wú)線(xiàn)電大會(huì )(WRC-15)會(huì )議結果看，沒(méi)有任何一個(gè)國家和地區新劃分的總量超過(guò)300 MHz，遠不能滿(mǎn)足5G需求。況且，期望WRC-19最終獲得的頻率劃分并不樂(lè )觀(guān)。

　　美國頻譜政策工作組(SPTF)調查表明：85%已規劃的無(wú)線(xiàn)電頻率在不同時(shí)間和地區部分或全部未被使用。歐洲的頻譜測量表明：400 MHz~3 GHz頻段的頻率利用率低于11%。因此，在頻率資源越來(lái)越緊張的情況下，為滿(mǎn)足5G需求，在盡力爭取更多IMT專(zhuān)用頻譜外，提高已有IMT頻譜的使用效率尤為重要。引入新型的頻譜管理理念，通過(guò)頻譜共享技術(shù)結合5G其他關(guān)鍵技術(shù)，可聯(lián)合使用現有IMT頻段和高頻段來(lái)滿(mǎn)足5G需求。

　　頻譜共享的主要應用場(chǎng)景包括：運營(yíng)商內無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)(RAT)間的頻譜共享、運營(yíng)商間頻譜共享、免授權頻段的頻譜共享和次級接入頻譜共享等，緩解運營(yíng)商頻譜過(guò)飽或過(guò)閑置，提升運營(yíng)商總頻譜資源使用效率。

　　頻譜共享技術(shù)具備跨不同網(wǎng)絡(luò )或系統的最優(yōu)動(dòng)態(tài)頻譜配置和管理功能，具備智能自主接入網(wǎng)絡(luò )和網(wǎng)絡(luò )間切換的自適應性功能，目標是實(shí)現高效、動(dòng)態(tài)和靈活的頻譜使用，以提升空口效率、系統覆蓋層次和密度等，從而提高頻譜綜合利用效率。

　　認知無(wú)線(xiàn)電指通過(guò)對空閑頻譜的探測與機會(huì )式占用，在擴展系統自身可用頻譜資源的同時(shí)，保證對所占用頻譜的原授權系統無(wú)有害干擾。頻譜共享是更廣義的頻譜使用技術(shù)，包括異系統間、多RAT間、系統內小區間和不同制式間等的頻譜共享。共享者之間可以是對頻譜具有相同占用等級或者不同占用等級。在頻譜共享技術(shù)中，可以利用認知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)進(jìn)行頻譜探測，也可以通過(guò)對頻譜數據庫的查詢(xún)來(lái)獲取可用頻譜資源，繼而進(jìn)行高效的頻譜管理，使得頻譜資源在共享者之間得到最大化的利用率。

　　目前，頻譜共享技術(shù)需要研究的關(guān)鍵技術(shù)與問(wèn)題，包括新型網(wǎng)絡(luò )架構及新增的無(wú)線(xiàn)接口設計、頻譜檢測機制和算法、數據庫結構和頻譜地圖生成與管理、頻譜資源的高效管理與分配、支持靈活帶寬和工作頻點(diǎn)的新型射頻和多系統整合帶來(lái)的安全性技術(shù)問(wèn)題等。從工程實(shí)現上，對基帶算法與器件能力提出了更高要求。另外，頻譜共享技術(shù)需要國家頻譜管理政策的支持，研究新的經(jīng)濟模型，制定新的使用規則、安全策略等。

　　3.6 多種RAT與虛擬RAT

　　目前，產(chǎn)業(yè)界達成共識：5G將包含LTE演進(jìn)和新無(wú)線(xiàn)空口。LTE演進(jìn)在第5.1節會(huì )有介紹。針對5G新空口，由于5G的不同場(chǎng)景應用(eMBB、mMTC和cMTC等)需求差異很大，很難通過(guò)一種RAT實(shí)現。因此不會(huì )像1G至4G時(shí)某一制式是單一RAT，而5G極可能是一個(gè)多RAT的時(shí)代。從另一角度看，1G至4G是多個(gè)標準制式/體系(如2G時(shí)的GSM和CDMA)間的競爭，而在5G時(shí)，極可能變成了一個(gè)標準體系內不同RAT間的競爭。

　　在5G多RAT情況下，筆者團隊提出了虛擬RAT(virtual RAT)，包括總體架構與協(xié)議棧，通過(guò)控制面和用戶(hù)面分離定義無(wú)線(xiàn)空口集實(shí)現多個(gè)異構RAT協(xié)同，提供靈活和可定制的接入網(wǎng)。

　　4 5G網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵技術(shù)

　　從技術(shù)標準架構看，5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)涉及移動(dòng)性管理、接入控制、連接管理等功能。我國IMT-2020(5G)推進(jìn)組梳理了5G核心網(wǎng)絡(luò )的系列關(guān)鍵技術(shù)，主要有控制轉發(fā)分離、控制功能重構、新型連接管理和移動(dòng)性管理、移動(dòng)邊緣內容與計算、按需組網(wǎng)、統一的多無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)融合、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)和動(dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)資源調度與共享、用戶(hù)和業(yè)務(wù)的感知與處理、定制化部署和服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò )能力開(kāi)放等關(guān)鍵技術(shù)。

　　傳統的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )難以做到網(wǎng)絡(luò )資源的動(dòng)態(tài)調整和按需分配，無(wú)法實(shí)現根據用戶(hù)和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行可編程操作，造成部署新業(yè)務(wù)的周期長(cháng)、成本高等。5G網(wǎng)絡(luò )將向扁平化方向發(fā)展，控制與轉發(fā)分離的軟件定義網(wǎng)絡(luò )(SDN)、硬件與軟件分離的網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化(NFV)成為5G網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵支撐技術(shù)，以實(shí)現5G網(wǎng)絡(luò )能根據業(yè)務(wù)需求靈活動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、提升網(wǎng)絡(luò )整體效率和降低總成本。

　　4.1 軟件定義網(wǎng)絡(luò )和網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化

　　SDN始于學(xué)術(shù)研究和數據中心，是一種網(wǎng)絡(luò )設計理念和新型開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )架構，具有控制與轉發(fā)分離、控制邏輯集中和網(wǎng)絡(luò )可編程三大特征?？刂破骶哂腥志W(wǎng)絡(luò )信息，負責調度網(wǎng)絡(luò )資源和制定轉發(fā)規則等，網(wǎng)絡(luò )設備僅提供簡(jiǎn)單的數據轉發(fā)功能。層間采用開(kāi)放的統一接口(如OpenFlow等)進(jìn)行交互，這樣有利于實(shí)現網(wǎng)絡(luò )連接的可編程。

　　NFV由電信運營(yíng)商聯(lián)盟提出，是一種軟件與硬件分離的架構，通過(guò)IT虛擬化技術(shù)，采用產(chǎn)業(yè)界標準的服務(wù)器、存儲設備和交換機等硬件基礎設施，通過(guò)加載軟件實(shí)現功能重構和網(wǎng)絡(luò )智能編排，以降低設備成本、加快網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)的部署速度，改變過(guò)去由專(zhuān)用硬件設備來(lái)部署的被動(dòng)局面。

　　由此可見(jiàn)，SDN和NFV具有很強的互補性，盡管兩個(gè)概念和解決方案可以融合應用，但是并不相互依賴(lài)。SDN控制網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)連接，NFV實(shí)現靈活的網(wǎng)絡(luò )功能，SDN和NFV可以互為使能。

　　多種類(lèi)型的業(yè)務(wù)和多樣化的通信場(chǎng)景對5G網(wǎng)絡(luò )提出了多樣化的性能需求，而這些多樣化的性能需求顯然無(wú)法通過(guò)統一的網(wǎng)絡(luò )架構來(lái)保證。5G需要支持多種不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)，對應的應用場(chǎng)景差異很大，如mMTC的海量連接物聯(lián)網(wǎng)，cMTC的低時(shí)延、高可靠的車(chē)聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用等，其安全性的要求也不相同。5G將基于SDN和功能重構的技術(shù)設計新型網(wǎng)絡(luò )架構，提高網(wǎng)絡(luò )面向5G復雜場(chǎng)景下的整體接入性能;基于NFV按需編排網(wǎng)絡(luò )資源，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )切片和靈活部署，滿(mǎn)足端到端的業(yè)務(wù)體驗和高效的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)需求。5G的NFV將從核心網(wǎng)向無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)推進(jìn)，但如何有效實(shí)現無(wú)線(xiàn)資源虛擬化還需深入研究。

　　5G網(wǎng)絡(luò )需具備虛擬化切片的能力，使得每個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片能夠適配不同的業(yè)務(wù)和通信場(chǎng)景，以提供合理的網(wǎng)絡(luò )控制和高效的資源利用。網(wǎng)絡(luò )切片是指將物理網(wǎng)絡(luò )通過(guò)虛擬化技術(shù)分割為多個(gè)相互獨立的虛擬網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片中的網(wǎng)絡(luò )功能可以在定制化的裁剪后，通過(guò)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò )功能編排形成一個(gè)完整的、實(shí)例化的網(wǎng)絡(luò )架構。通過(guò)為不同的業(yè)務(wù)和通信場(chǎng)景創(chuàng )建不同的網(wǎng)絡(luò )切片，使得網(wǎng)絡(luò )可以根據不同的業(yè)務(wù)特征采用不同的網(wǎng)絡(luò )架構和管理機制，包括合理的資源分配方式、控制管理機制和運營(yíng)商策略，從而保證通信場(chǎng)景中的性能需求，提高用戶(hù)體驗以及網(wǎng)絡(luò )資源的高效利用。

　　軟件定義與可編程的優(yōu)點(diǎn)是能感知環(huán)境與業(yè)務(wù)、提供基于場(chǎng)景的業(yè)務(wù)和應用、方便網(wǎng)絡(luò )能力開(kāi)放。但同時(shí)，SDN和NFV帶來(lái)了5G網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)運維的新問(wèn)題。5G采用通用硬件平臺，帶來(lái)了比傳統專(zhuān)用通信硬件的低可靠性問(wèn)題，與5G服務(wù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等的高可靠性矛盾。因此，還需進(jìn)一步研究如何提高在通用硬件平臺上實(shí)現電信協(xié)議的可靠性，如容錯系統設計。

　　4.2 動(dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò )

　　在傳統的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)絡(luò )部署、運維等基本依靠人工的方式，需要投入大量的人力, 給運營(yíng)商帶來(lái)巨大挑戰。SON是在網(wǎng)絡(luò )中引入自組織能力(網(wǎng)絡(luò )智能化)，包括自配置、自?xún)?yōu)化、自愈合等, 實(shí)現網(wǎng)絡(luò )規劃、部署、維護、優(yōu)化和排障等各個(gè)環(huán)節的自動(dòng)進(jìn)行, 最大限度地減少人工干預，降低成本、提高效率。

　　從第3節得知：5G 將是融合、協(xié)同的多制式共存的異構網(wǎng)絡(luò )。從技術(shù)上看, 將存在多層、多類(lèi)型無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的共存, 導致網(wǎng)絡(luò )結構非常復雜。各種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)內部和各種覆蓋能力的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間的關(guān)系錯綜復雜，特別是超密集組網(wǎng)的引入，導致無(wú)線(xiàn)參數的急劇增加，網(wǎng)絡(luò )的部署、運營(yíng)、維護將成為一個(gè)極具挑戰性的工作。為了縮短建設周期、降低運營(yíng)維護復雜度和成本，未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò )需要SON功能, 能統一實(shí)現多個(gè)異構無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)、多種覆蓋層次的聯(lián)合自配置、自?xún)?yōu)化、自愈合。

　　4.3 移動(dòng)邊緣內容與計算

　　筆者認為，5G的移動(dòng)內容云化有兩個(gè)趨勢：從傳統的中心云到邊緣云(即移動(dòng)邊緣計算)，再到移動(dòng)設備云。

　　由于智能終端和應用的普及, 使得移動(dòng)數據業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越大, 內容越來(lái)越多。為了加快網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)速度, 需要將內容存儲和分發(fā)能力下沉到無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)中，基于對用戶(hù)的感知，按需智能推送內容，提升用戶(hù)體驗。因此，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中采用內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )(content delivery network，CDN) 技術(shù)成為自然的選擇，即無(wú)線(xiàn)基站增加計算與存儲能力，構成了分布式CDN，就是移動(dòng)邊緣內容與計算(MECC)。MECC還可以開(kāi)放實(shí)時(shí)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )信息，為移動(dòng)用戶(hù)提供個(gè)性化、上下文相關(guān)的體驗。MECC適合應用于新興的智能應用，如增強現實(shí)、移動(dòng)辦公、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)游戲等。

　　在移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò )中，通常流行內容會(huì )得到在較近距離范圍內的大量移動(dòng)用戶(hù)的共同關(guān)注。同時(shí)，由于技術(shù)進(jìn)步，移動(dòng)設備成為可以提供剩余能力(計算、存儲和上下文等)的“資源”，可以是云的一部分，即形成池化的虛擬資源，從而構成移動(dòng)設備云。

　　4.4 安全可信的網(wǎng)絡(luò )空間

　　5G提供數據、連接和基于場(chǎng)景的服務(wù)，人、物與網(wǎng)絡(luò )高度融合的場(chǎng)景化時(shí)代即將來(lái)臨?，F實(shí)空間與網(wǎng)絡(luò )空間交織發(fā)展，安全成為支撐5G健康發(fā)展的關(guān)鍵要素。

　　面向信息消費、工業(yè)生產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)金融、教育醫療、智能交通和公共管理等典型應用場(chǎng)景，5G網(wǎng)絡(luò )需要提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò )通信和服務(wù)平臺，并能夠保護用戶(hù)隱私，同時(shí)支持國家和社會(huì )維護網(wǎng)絡(luò )空間秩序。在傳統接入安全、傳輸安全的基礎上，5G需要實(shí)現網(wǎng)絡(luò )空間與現實(shí)空間的有效映射，提供滿(mǎn)足不同應用場(chǎng)景的多級別安全保證，網(wǎng)絡(luò )實(shí)體自身具備安全免疫能力，構建安全可信的網(wǎng)絡(luò )空間。

　　大唐電信發(fā)布的5G網(wǎng)絡(luò )安全白皮書(shū)分析了未來(lái)5G移動(dòng)寬帶系統的一些典型應用場(chǎng)景，站在用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò )和服務(wù)平臺提供者、社會(huì )和政府的不同角度分析了5G的安全需求;提出了5G網(wǎng)絡(luò )安全的3個(gè)核心要素：身份可信、網(wǎng)絡(luò )可信和實(shí)體可信，并對主要的安全技術(shù)方向進(jìn)行了研討。

　　5 TDD在5G中的優(yōu)勢和角色

　　從5G自身特點(diǎn)來(lái)看，TDD相比FDD更有優(yōu)勢。主要原因如下:

　　· TDD可以利用上行信道以及下行信道的互易性、低復雜度和低成本獲取復雜無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的信道信息，更好地支持大規模多天線(xiàn)、超密集組網(wǎng)等應用。

　　· 5G系統在頻譜上需要更大的帶寬，并向更高頻段拓展，比如6 GHz及以上，TDD使用非成對的單一頻譜，更容易獲得大帶寬的新頻段或空閑頻段。因此，TDD更易于實(shí)現高頻段通信、靈活頻譜共享等應用。

　　· TDD更易于實(shí)時(shí)且靈活地調整上行以及下行帶寬的比例配置，更好地匹配大量下載或上傳的業(yè)務(wù)突發(fā)情況，提升系統效率。

　　可以預期，面向5G，TDD制式將獲得全球移動(dòng)通信業(yè)界更多的關(guān)注、研究以及商用。下面介紹TD-LTE向5G演進(jìn)的TDD+技術(shù)及5G中TDD優(yōu)勢技術(shù)。

　　5.1 TDD+：向5G演進(jìn)的TDD系列增強技術(shù)

　　3GPP在2016年初啟動(dòng)5G研究，計劃將R14和R15當作5G的基礎版本，R16作為5G的正式版本。關(guān)于5G，參與3GPP的各公司的共識是“5G=LTE演進(jìn)+新空口”，其中，LTE演進(jìn)主要在低頻段，新空口同時(shí)包括低頻段和高頻段。

　　考慮到5G商用還有5年，為了實(shí)現TD-LTE網(wǎng)絡(luò )在滿(mǎn)足5G商用之前的更多需求(如提升容量和連接數、降低時(shí)延等)，TD-LTE全球聯(lián)盟(GTI)提出了TDD+的概念，系列TDD增強技術(shù)包括：TDD-FDD載波聚合、動(dòng)態(tài)TDD、全維度 MIMO、三維(3D)波束成形、LTE-Hi和機器類(lèi)通信(machine type commuication，MTC)，GTI將TDD+看成是TD-LTE向5G平滑演進(jìn)的橋梁。與此相關(guān)的5G中TDD優(yōu)勢技術(shù)包括大規模多天線(xiàn)、超密集組網(wǎng)、高頻段通信、靈活頻譜共享和低時(shí)延高可靠等，如圖1所示。

　　5.2 5G中TDD優(yōu)勢技術(shù)

　　(1)基于TDD的大規模多天線(xiàn)

　　大規模多天線(xiàn)應用的一個(gè)重要假設是信道具備互易性。否則，要依靠信道測量與反饋的開(kāi)銷(xiāo)將非常巨大，系統設計和實(shí)現都變得異常復雜。

　　FDD系統的頻點(diǎn)間相差較遠，在實(shí)際中，由于頻率選擇性問(wèn)題，可能在一個(gè)頻點(diǎn)上某個(gè)方向能量強一些，而在另一個(gè)頻點(diǎn)上可能是另一個(gè)方向能量強。因此，FDD的信道互易性較差。在FDD系統中，基站側需要針對每個(gè)天線(xiàn)發(fā)送導頻信息，終端側需要對下行信道測量合成后反饋給基站。因此，FDD需要信道估計和反饋的導頻開(kāi)銷(xiāo)將隨著(zhù)天線(xiàn)數的增多而增大?；旧习俑炀€(xiàn)的導頻設計需要耗費大量的時(shí)頻資源，因此，實(shí)際應用中采用基于導頻的信道估計方式是不可取的。

　　TDD有天然的優(yōu)勢，由于在相同的頻點(diǎn)發(fā)送和接收，只是時(shí)間上有區分。在實(shí)際中，認為信道是互易的。這樣，TDD系統就可以利用信道互易性進(jìn)行信道估計，不需要額外的開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)行信道估計，只需要終端側發(fā)送導頻信息，即開(kāi)銷(xiāo)與天線(xiàn)數量無(wú)關(guān)。

　　(2)基于TDD的超密集組網(wǎng)

　　UDN主要解決熱點(diǎn)區域的成百倍系統容量的提升問(wèn)題，通過(guò)高頻段實(shí)現短距離的高速率通信。超密集組網(wǎng)更適合TDD系統，主要體現在TDD模式的上行和下行靈活配置，更易于滿(mǎn)足超密集組網(wǎng)對應的上下行業(yè)務(wù)不對稱(chēng)需求;TDD模式更易于小蜂窩覆蓋和靈活組網(wǎng);在高頻段要獲得成對的大帶寬頻段相對困難，高頻段更適合TDD模式的應用。

　　(3)基于TDD的設備直通和車(chē)聯(lián)網(wǎng)

　　D2D是指兩個(gè)對等設備間直接進(jìn)行通信的方式。傳統的蜂窩用戶(hù)設備(終端)只需在上行具備發(fā)送能力及在下行具備接收能力，而D2D要求終端能在上下行的資源上同時(shí)具備發(fā)送和接收的能力，所以對于終端的能力和復雜度有很大的影響。

　　對于FDD系統來(lái)說(shuō)，接收D2D信息的終端必須具備在上行頻段接收、解調信號的能力，終端的射頻和基帶都要升級。而對于TDD系統而言，因為上、下行使用相同的頻段，接收D2D的終端必須具備在上行時(shí)隙接收、解調信號的能力，終端的基帶要升級，但射頻不需要改動(dòng)，硬件改動(dòng)較小。因此，相對于FDD系統，D2D在TDD系統中的應用更有優(yōu)勢。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的主要業(yè)務(wù)類(lèi)型是終端之間的廣播業(yè)務(wù)，在終端構成網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀結構，不存在統一的中央節點(diǎn)，收發(fā)均集中于相同的頻段上。因此，D2D和車(chē)聯(lián)網(wǎng)的工作方式，都更接近于蜂窩系統中的TDD模式，TDD技術(shù)將成為D2D和車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的唯一技術(shù)。

　　(4)基于TDD的高頻段通信和動(dòng)態(tài)頻譜共享

　　在高頻段要獲得成對的大帶寬頻段相對困難，因此高頻段更適合TDD技術(shù)的應用?，F有的在高頻段工作的系統，例如IEEE 802.11ad，都是以TDD模式在工作。

　　無(wú)論是在機會(huì )式的空閑頻段，還是在免授權頻段，甚至是多運營(yíng)共享使用的特定頻段，要找到成對的頻段是十分困難的，因此頻譜共享技術(shù)更適合采用TDD模式。

　　綜上分析，筆者認為T(mén)DD將是5G的主要組成部分，特別是5G新空口極可能采用TDD模式。而我國企業(yè)從TD-SCDMA到TD-LTE長(cháng)期在TDD領(lǐng)域積累的技術(shù)、標準與產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，將得到更大程度的發(fā)揮。

　　6 關(guān)于實(shí)現我國引領(lǐng)5G的建議

　　在技術(shù)突破、標準制定方面，我國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界經(jīng)過(guò)3G和4G近20年的積累，已具備系統創(chuàng )新的能力。但5G的系統要求、設計難度和應用場(chǎng)景復雜度等更高!在系統設計、標準制定上必然將更加復雜和關(guān)鍵!

　　突破5G核心技術(shù)，是取得5G國際標準制定話(huà)語(yǔ)權和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的根本。另外，5G的競爭將不僅是通信基礎技術(shù)的競爭，而且是核心器件等基礎產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈競爭、面向行業(yè)應用的新產(chǎn)業(yè)生態(tài)競爭。

　　因此，在推動(dòng)5G發(fā)展中，需要特別提升3個(gè)能力：系統及標準體系的設計和推動(dòng)能力;基礎產(chǎn)業(yè)能力，包括器件、芯片、軟件等能力;垂直行業(yè)的整合及應用推廣能力(如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等)。

　　我國如何才能實(shí)現5G引領(lǐng)的戰略目標呢?建議采取“發(fā)揮優(yōu)勢、引領(lǐng)標準，政策引導、率先示范，突破瓶頸、帶動(dòng)行業(yè)”的整體戰略。具體描述如下。

　　(1)發(fā)揮優(yōu)勢、引領(lǐng)標準

　　當前，我國已在從TD-SCDMA到TD-LTE的持續創(chuàng )新中，積累形成了TDD領(lǐng)域(包括多天線(xiàn)多流波束成形技術(shù)等)在全球的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。而且依據5G的整體特點(diǎn)，TDD將會(huì )在5G中發(fā)揮更大的作用，大規模多天線(xiàn)等具有TDD應用優(yōu)勢的關(guān)鍵技術(shù)將成為5G標志性技術(shù)。建議要立足發(fā)揮TDD技術(shù)優(yōu)勢，確保實(shí)現對5G標準的引領(lǐng)。

　　(2)政策引導、率先示范

　　我國應盡早發(fā)布對國際有影響力和引導作用的產(chǎn)業(yè)政策，盡早為5G發(fā)布豐富優(yōu)質(zhì)的頻譜資源。加快推進(jìn)研發(fā)、標準化和產(chǎn)業(yè)化等進(jìn)度，率先啟動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗，保證技術(shù)的先進(jìn)性和完整性，提升國際影響力和標準話(huà)語(yǔ)權。

　　(3)突破瓶頸、帶動(dòng)行業(yè)

　　發(fā)揮產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用，5G要在具有國際競爭力的TDD產(chǎn)業(yè)鏈、4G帶動(dòng)我國集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的基礎上，“縱向提升、橫向拓展”，即縱向提升我國基礎產(chǎn)業(yè)能力，突破4G仍受制約的射頻功放、濾波器等核心器件的產(chǎn)業(yè)瓶頸環(huán)節;橫向拓寬應用領(lǐng)域，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應用。

　　7 結束語(yǔ)

　　通過(guò)推動(dòng)TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)化，我國初步形成了基于本土企業(yè)的完整移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)鏈。在4G階段，我國實(shí)現了標準同步制定、設備同平臺開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò )性能相當和全球商用同步，TD-LTE已發(fā)展成為全球兩大4G主流標準之一，形成了具有國際競爭力的移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)鏈，特別是我國企業(yè)在TDD技術(shù)、標準和產(chǎn)業(yè)上具有全球競爭力。我國已具備了從“3G追趕、4G同行”到“5G引領(lǐng)”的基礎。況且通過(guò)分析5G的整體需求與關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，我國擁有優(yōu)勢的TDD和多天線(xiàn)多流波束成形技術(shù)等將會(huì )在5G中發(fā)揮更大的作用。

　　我國針對5G研究成立了IMT-2020(5G)推進(jìn)組，前期已經(jīng)完成了對5G的需求、概念、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的分析，且有多項成果輸入ITU獲得認可。相信在政府的指導下，通過(guò)我國企業(yè)和高校、研究所等在5G的技術(shù)突破、標準制定和樣機開(kāi)發(fā)與試驗網(wǎng)方面的努力，有信心在“3G追趕、4G同行”的基礎上，實(shí)現中國“5G引領(lǐng)”的戰略目標。

　　作者：大唐電信集團副總裁 陳山枝