1.3 5G系统无线传输技术

5G系统支持两大类业务，覆盖4个主要应用场景，满足8项关键指标需求，因此很难用单一无线空口技术或者无线接入系统满足所有需求和目标。5G系统为了满足各种极具挑战性的性能需求，一方面需要研究先进的空口传输技术以提升频谱效率和传输性能，设计新型无线传输网络架构，优化传输和信号处理流程；同时还需要增加更多的频谱资源，用于提升传输速率和系统容量。由于传统的移动通信系统所用3GHz以下频谱资源受限，需要在高频段上扩展频谱资源，未来移动通信频谱将进一步拓展到毫米波频段，达到100GHz以上。因此，无线空口传输关键技术除了需要研究面向3GHz以下频段的关键技术，还需要研究3～100GHz频段传输特点的无线技术与方案。

面向5G的无线接入系统，可以通过融合和创新的技术发展路径来满足5G面对的各种挑战。可以利用不断持续优化和演进的LTE/LTE-Advanced等现有的移动通信系统，通过将5G新空口与现有LTE/LTE-Advanced进行融合组网，利用现有网络基础设施与投资，并通过网络架构设计与创新，提升网络性能和系统的效率，降低设备和网络运维成本，满足未来长期发展的需求。为了寻求持续盈利能力，运营商需要调整思路适应产业生态的变革，降低网络成本，提升网络运营灵活性和业务能力。

广域连续覆盖场景的主要目标是在传统蜂窝通信广域无缝覆盖的基础上，进一步提高全网业务体验速率和网络平均频谱效率。引入诸如大规模MIMO技术、新型调制编码等技术，进一步提高系统的平均频谱效率，以及小区边缘用户的频谱效率，达到100Mbit/s以上的用户体验速率。随着有源天线技术的成熟，天线在射频端可以进一步分离为多个小的单元，计算能力的快速提升将允许联合处理大量天线的中频或者基带信号，使得超过几十至几百天线单元的大规模MIMO技术在5G基站上的应用成为可能。大规模天线技术同时具备多天线赋形增益和多用户复用增益，在提高系统覆盖能力的同时，也提升了系统频谱效率，并且能耗并不会增加，非常适合广域覆盖场景。新型的调制编码技术采用了新型编码方案，如LDPC（Low Density Parity Code）和极化码（Polar Code），新型调制和编码的联合优化设计，可进一步提升空口频谱效率。

局部热点覆盖场景的主要目标是在室内和室外热点等小覆盖区域，提供极高的峰值速率和用户体验速率，并满足区域流量密度的需求。现有4G技术在支持小小区方面做了大量的优化，但是由于频谱带宽受限、网络架构约束等原因，难以满足5G超高速率和超高流量密度的需求。需要进一步引入超密集组网、毫米波通信、频谱资源共享、终端直通（Direct to Direct，D2D）等关键技术，提高系统带宽和峰值速率，在提高网络部署密度的同时降低部署难度，以满足5G需求。超密集组网技术基于热点密集组网场景，提出了以用户为中心的新型接入网架构和移动性管理，通过本地化集中式的无线资源管理和干扰管理，提升用户体验。毫米波通信利用更高的频率及更大的带宽（几百MHz到GHz），结合高频大规模波束赋形技术，实现10Gbit/s以上的峰值速率。另外，小覆盖场景下，灵活频谱共享技术可以利用各种潜在的可用频段（包括非授权频段），提高网络整体流量。D2D技术通过在热点地区或者短距离覆盖范围内，在终端间建立直接的通信，一方面可以降低传输时延，另一方面也可以进一步提升频谱资源共享，进而提升系统容量和传输速率。

大容量物联网的主要目标是以极低的成本，支持100万/km2的器件连接，并能够实现设备低功耗。现有的4G蜂窝系统在物联网方面正在持续优化完善，一定程度上满足了大容量物联网的需求。但是也有必要有针对性地进行系统设计，采用新型多址和调制方式，优化信令和传输流程，以及引入D2D等灵活接入方式，以支持低成本大连接。

高可靠物联网要求5G系统支持ms级的端到端业务时延（对应到空口约为1ms），并保证网络在任何时候、任何地点几乎100%的通信可靠性。这些要求很难在现有4G空口和网络设计体系下达到，需要重新针对应用场景，优化设计空口和网络，引入超短帧结构，以及D2D、Mesh、新型调制等技术，确保网络的时延和可靠性。以D2D为例，在得到网络的授权后，两个设备间可以直接通信，极大地缩短了端到端的传输时延，非常适合汽车安全与智能驾驶、本地工业控制等低时延场景。

综上所述，大规模天线、新型调制编码、D2D技术、超密集组网技术，以及毫米波高频段通信等将成为满足5G需求的主要无线传输技术。另外，信道建模是研究大规模MIMO以及毫米波通信的基础。未来，无论是大规模天线还是毫米波通信，天线系统都将是一个在垂直维和水平维都可以分解的多天线阵列系统，这就要求进一步研究三维（3D）空间上的MIMO信道模型，用于系统研究和评估。

各项关键技术以及对应的场景，及其在该场景下的主要贡献初步分析见表1-8。

表1-8 5G关键技术与应用场景