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韩国电子通信研究院对5G愿景及关键技术的思考(一)

一、引言
 
2015年9月17日~18日期间,移动通信国际标准组织3GPP在美国费城举行“RAN Workshop on 5G(第五代移动通信无线接入网络研讨会)”,其中,ETRI(Electronics and Telecommunications Research Institute,韩国电子通信研究院)作了题为“5G Vision and Enabling Technologies: ETRI Perspective(《第五代移动通信系统的愿景及使能技术:ETRI的观点》)”的报告,全面地阐述了韩国电子通信研究院的相关深入思考——尤其是其中对于大规模MIMO技术、超高密集度无线接入网络组网、带内全双工移动通信技术、面向低延迟/时延的业务感知型可扩展TTI(传输时间间隔)、高级V2X(车联网)技术、大规模无线连接技术、毫米波mmW物理频段的利用问题的思考非常深入,值得参考。下文就对其进行详细介绍。
 
二、各项核心业务
 
截至目前,对于未来的第五代移动通信系统,所能预见到的核心业务包括:
 
(1)增强型移动宽带类业态——包括对移动数据传输速率有很高要求的4K/8K超高清晰度移动视频、全息移动视频、VR(Virtual Reality,虚拟现实)与AR(Augmented Reality,增强现实)等,可广泛地面向移动数据用户密集分布区域的移动宽带接入(比如大规模热点与智慧办公)、高速移动状态下的移动数据传输(比如高速移动热点与高铁等)等应用场景;
 
(2)超低延迟/时延、超高可靠类业态——包括触觉互联网、远程控制机器人/机器、V2X(车联网)等;
 
(3)大规模物联网类业态——包括远程无线传感器与执行器、智慧城市、智能家庭、基于第五代移动通信系统的物联网等。
 
三、愿景与关键性能指标
 
国际电信联盟无线电通信局已于2015年10月12日正式发布国际技术标准“Recommendation ITU-R M.2083-0, IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond——(《ITU-R M.2083-0建议书:IMT愿景-面向2020年及之后的IMT系统未来发展框架与总体目标》)”,其中所提出的未来第五代移动通信系统的应用场景包括容量增强(吉比特数据的无线秒传、三维立体移动视频消费、4K超高清晰度移动视频消费等);超高可靠性与超低延迟/时延(基于移动云计算的工作及信息娱乐、虚拟现实、增强现实、工业自动化、交通自动化、自动驾驶汽车、紧急救援任务通信等);大规模无线连接(智慧城市中的移动视频监控、移动语音/高清晰度语音、无线传感器/执行器网络)。
 
国际电信联盟无线电通信局所确定的未来第五代移动通信系统应具有的能力(与上述三大类应用场景及关键性能指标相关)为:峰值移动数据传输速率20 Gbit/s、用户实际所体验到的移动数据传输速率100 Mbit/s、单位面积(每平方米)地域内的移动数据流量均值10 Mbit/s、网络的能量利用效率提高100倍(相对于第四代移动通信系统)、单位面积(每平方千米)地域内的无线连接数均值十万、端到端延迟/时延一秒、最大可支持移动通信用户的移动速度500千米/时、无线频谱资源利用效率提高两倍(相对于第四代移动通信系统)。
 
四、对第五代移动通信无线接入网的相关考量
 
根据国际电信联盟无线电通信局对未来第五代移动通信系统所确定的核心业态、应用场景以及各项关键性能指标,第五代移动通信无线接入网络应该是对一系列现有及新兴无线接入技术的紧密耦合(共享使用融合型的移动通信核心网络),对LTE无线接入技术及其后续演进版本、授权型共享接入、无线局域网WLAN以及目前及未来的各种新兴无线接入技术进行无线接入网络层面的整合/集成,打造出WWCA(Wired-Wireless Convergence Access,有线-无线融合接入)网络,并由融合型移动通信核心网络进行统一的管理与控制。
 
对于无线接入网络的组网,可采取如图1所示的架构(以黄色标识的无线移动回程链路所采取的是低于6 GHz频点的物理频段,以紫色标识的无线移动回程链路所采取的是高于6 GHz频点的物理频段)。其中,以小基站进行高/超高密集度的无线接入组网(可采取多址连接技术以及载波聚合技术等)构建用户数据平面,并把宏小区作为控制平面。


 

图1  第五代移动通信无线接入/回程组网示


 
面向小基站网络的无线接入链路可以采取低于6 GHz频点的物理频段,也可以采取包括毫米波mmW频段在内的高于6 GHz频点的物理频段,最大的可用物理带宽需求约为1000 MHz,可以增强移动宽带用户的数据吞吐能力。而面向宏小区网络的无线接入链路则采取低于6 GHz频点的物理频段,最大的可用物理带宽需求约为200 MHz,其他相关的要求为:能进行全地域覆盖,并能支撑为处于高速移动状态用户提供基本的移动通信及移动数据接入服务。
 
而对于各种可用无线频谱资源的使用,如图2所示,小区规模/网络覆盖范围、信号干扰情况以及可用的连续物理带宽资源,均与无线频谱资源所处的具体频率位置密切相关。


 

图2  无线频谱资源在移动通信无线接入网络内的传播特性


 
由此,韩国电子通信研究院认为,对于第五代移动通信无线接入网络,其无线频谱资源使用宜采取这样的原则:(1)在低于6 GHz频点的物理频段(包括授权型频谱以及非授权型频谱),分配/指配出物理频宽为200 MHz的无线频谱资源,并在宏小区网络及小基站网络中部署LTE无线接入网络后续演进版本以及新兴的无线接入技术;(2)在高于6 GHz频点的物理频段(包括厘米波段与毫米波段),分配/指配出物理频宽为1000 MHz的无线频谱资源,并主要在小基站网络中部署各种新兴的无线接入技术。
 
另外,韩国电子通信研究院还认为,相关的进程为:(1)到2015年年末完成6 GHz频点以下无线频谱资源的指配(对应2015年世界无线电通信大会WRC-15);(2)到2019年年末完成6 GHz频点以下更多新兴无线频谱资源、6 GHz频点以上高频新兴无线频谱资源的指配(对应2019年世界无线电通信大会WRC-15);(3)2020年及未来:进行6 GHz频点以上更多新兴无线频谱资源的指配。
 
而且,相应地:(1)对于增强型移动宽带类业态的服务提供,可采取的第五代移动通信无线接入技术包括大规模MIMO(多输入及多输出)技术、用户多址接入技术、增强型干扰消除技术、带内全双工移动通信技术、超高密集度发射/接收点技术、基于非授权型物理频段的LAA技术等;(2)对于超低延迟/时延、超高可靠类业态的服务提供,可采取的第五代移动通信无线接入技术包括高可靠多样化通信技术、交通工具间安全通信技术、短传输间隔技术等;(3)对于大规模物联网类业态的服务提供,可采取的第五代移动通信无线接入技术包括基于蜂窝移动通信网络的物联网技术、无线连接汇聚技术、大规模接入技术等。
 
参考文献:
 
[1] ETRI. 5G Vision and Enabling Technologies: ETRI Perspective[EB/OL].
ftp://ftp.3gpp.org/workshop/2015-09-17_18_RAN_5G/Docs/RWS-150029.zip, 2015-10-30.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员
 


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