HUAWEI5G空口技术

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1、引言

“第五代移动通信（5G）”是面向全球移动通信行业以及全球整个ICT（信息通信技术）生态系统的下一个创新前沿。全球移动通信业界已经形成了这样的共识：为了极大地扩展并增强移动互联网的应用领域，并支撑未来丰富的无线IoT（物联网）应用，第五代移动通信系统将会聚焦于对既有/传统移动通信系统的变革。

如图1所示，未来第五代移动通信系统（应具有全球统一的行业标准，以实现规模效应与全球漫游）在IoT（物联网）以及各个垂直行业之中的应用将会创造出更大的市场空间（垂直行业客户可以实时、按需、便捷地接入未来的第五代移动通信网络），从而为移动通信基础网络运营商与移动通信运营商带来更多新兴的商业机遇（轻松地对虚拟“切片”型移动通信网络进行部署与维护，快速、高效地为不同的垂直行业客户提供不同的服务，甚至可能会“催生”出一些全新的应用及商业模式）。此外，未来的扩展型以及增强型移动互联网将会进一步地提高/改善广大用户的业务服务使用体验（可获得持续/一致的普遍接入体验，从而可使用很多新兴的移动通信应用），增强用户粘性，从而可以保证移动通信基础网络运营商与移动通信运营商在未来的收入及利润。

图1  未来第五代移动通信系统可以为很多垂直行业提供服务

为了能够足以支撑移动互联网以及IoT（物联网）在未来的发展，第五代移动通信网络将会逐渐成为用于人与人之间通信以及人与物之间通信的（无线）网络接入的首要渠道。从而，这就意味着，未来的第五代移动通信网络将需要满足各类业务服务的相关需求，以与其各项业务特征相匹配。例如，未来的第五代移动通信网络需要具有极速无线宽带接入、超低端到端延迟、“海”量设备连接、“海”量应用场景支撑能力、超高可靠性等核心品质（更详细的情况，可以查阅HUAWEI（华为）公司在2013年11月所发布的白皮书“5G: A Technology Vision——《第五代移动通信系统的愿景》”）。目前已经越来越明显的一大发展趋势是：业界对于能以灵活而高效的方式来提供更佳用户体验的以服务为中心的网络的需求越来越强。

2、业界对于第五代移动通信系统性能的需求

1）对未来第五代移动通信系统的五大需求

在业务传送质量、网络可靠性、网络信息安全性这三个方面，无线宽带移动通信网络需要达到与固定宽带接入网络相当的水平级别。目前，全球移动通信业界对未来第五代移动通信系统的需求是：①超大容量——单位面积（平方公里）地域内的通信系统容量是当下移动通信系统的1000倍；②超高峰值接入速率——达到当下移动通信系统的100倍（具体数值为10 Gbit/s）；③超低接入延迟——无线接入链路的延迟低于1毫秒；④“海”量设备接入能力——达到当下移动通信系统的100倍；④超低的功率消耗/功耗——达到现有移动通信系统的千分之一。

虽然未来的第五代移动通信网络没有必要也无需同时满足上述五大相关需求（笔者注：这是因为，不同的移动通信应用场景有着不同的核心需求），但这些需求却共同构成了未来第五代移动通信网络得以提供Gbit/s级别的用户体验的“基石”。未来第五代移动通信系统的总体增强型性能目标如图2所示。

图2  未来第五代移动通信系统的性能目标

2）系统设计所面临的两大挑战性问题

而要最终实现上述五大需求，尚需解决第五代移动通信系统设计所面临的两大主要的挑战性问题：

①未来的第五代移动通信系统应该具有灵活地、有效地使用从低频段到高频段以及从授权型频段到非授权型频段的所有可用无线频谱资源的能力；

②未来的第五代移动通信系统应该具有灵活地提供各类业务特征、“海”量设备接入能力、超大容量的支撑能力。此外，为了提高无线频谱资源的利用效率、增大设备接入能力、降低无线接入延迟，需要进行灵活的第五代移动通信网络设计。

3）未来第五代移动通信网络的空口设计总体原则

上述的未来第五代移动通信系统五大需求以及在系统设计方面所面临的两大挑战性问题，将会对第五代移动通信网络的空口设计以及网络架构设计产生影响。HUAWEI（华为）公司在“5G: New Air Interface and Radio Access Virtualization——《第五代移动通信网络全新的空口及无线接入虚拟化》”这份技术白皮书之中详细地探讨了未来第五代移动通信网络全新的、灵活的空口设计问题，而未来第五代移动通信网络的架构问题将在以后的相关技术白皮书之中探讨。

总的说来，未来第五代移动通信网络的空口框架应构建于以下两大核心理念/技术之上：①软件定义的灵活空口；②移动通信无线接入网络虚拟化。在空口方面，需要面向多种应用场景支撑能力进行优化。在无线接入网络虚拟化方面，将包括通过自组网技术以及充分利用了各种功能、协议以及接口的协调算法来规避传统按地理区域划分的移动通信基站建设所带来的一些限制性问题。

3、未来第五代移动通信网络的无线频谱资源利用问题

无线移动宽带通信网络中，数据流量的“爆炸式”增长，加大了未来第五代移动通信网络对于底层无线频谱资源的需求。由于对于宽的、连续的可用物理频段具有潜在支撑能力，并于理论上可提供更高的无线数据接入速率，cmWave（厘米波）频段以及mmWave（毫米波）频段将有可能为未来第五代移动通信系统所用。

如图3所示，WRC-2015（2015年世界无线电通信大会）将会为移动通信行业在6 GHz频点以下的物理频段指配全新的授权型无线频谱资源，而WRC-2019（2019年世界无线电通信大会）则将有望在6 GHz频点以上的物理频段为移动通信行业指配全新的授权型无线频谱资源。

图3  未来第五代移动通信网络将会聚合使用6 GHz频点以下及以上物理频段的无线频谱资源

未来的第五代移动通信网络将会是异构多层的，从而可以形成很好的协调使用局面：以运行于低频段的移动通信网络提供广域覆盖能力，以运行于高频段的移动通信网络提供高速无线数据接入能力。目前，全球的移动通信业界已经形成了这样一个共识：应把6 GHz频点以下的物理频段作为未来第五代移动通信网络的优选/首选频段，而把6 GHz频点以上的物理频段作为未来第五代移动通信网络的候选频段。未来的第五代移动通信网络将聚合所有可用的物理频段，以6 GHz以下的低频为主，6GHz以上的高频为辅（高频段将主要用于提升流量密集区域的网络系统容量）。

由于相同的无线网络资源可以被共享，还可以建设接入与回传相统一的高频段移动通信系统。根据相关的发展趋势，可以预计的是，未来有望在高频段构建（无线接入与移动回传）统一的空口以及分级/分层调度机制，从而就将可以实现灵活的移动回传以及低成本的UDN（Ultra Dense Networking，超高密集度组网）。

另一方面，未来的移动通信网络无线接入网络也非常有可能将会采用具有各种管制级别的无线频谱资源，其将主要位于：独家授权型物理频段、非独家授权型物理频段、非授权型频段。无论是授权型物理频段，还是非授权型物理频段，未来的第五代移动通信网络都将会将其灵活地纳入到（无线接入与移动回传）统一的无线接入网络框架之中。