5G链路增强技术进展

　　随着业界对未来5G需求讨论逐步深入，业界对5G的核心诉求逐步归类到系统性能增强和新业务支持2大主题上，现在普遍的共识是未来5G网络要能够满足如下一些基本需求：

　　●   网络容量提升1000倍；

　　●   单用户速度提升10~100倍；

　　●   业务时延降低1/5；

　　●   网络终端连接数提升1000倍；

　　●   网络支持一些新兴业务——D2D（Device to Device）、MTC（Machine Type Communication）/V2X（Vehicle to X）、可靠通信等。

　　放眼这些5G核心诉求，绝大多数都与无线链路息息相关。加强无线链路增强技术研究、提升无线链路性能是5G技术演进的核心技术方向。本文对现在业界关注较多的无线链路层技术研究方向进行了分类介绍，并介绍了中兴通讯的技术观点及研究进展。

中兴通讯对5G链路增强潜在关键技术的认识

　　无线链路层技术是无线通信的技术关键，涉及的技术点比较多，现在业界针对无线链路增强研究集中在如下一些领域：Massive MIMO技术、新型多址接入技术、新型编码调制技术、增强HARQ技术、网络编码技术、先进接收机技术、虚拟MIMO技术。

　　●   Massive MIMO技术

　　为了获得更高的频谱效率，Massive MIMO通过在基站侧配置数量众多的天线阵列（从几十至几千），获得比传统天线阵列系统（天线阵列数不超过8个）更为精确的波束控制能力，然后通过空间复用技术和抑制干扰技术，进一步提高系统容量，如图1所示。信道信息获取、天线阵列设计、码本设计、参考信号设计等关键技术是有待研究的。中兴通讯认为，多点协作传输CoMP本身就是一种分布式天线的Massive MIMO，集中天线的Massive MIMO只是CoMP的自然延伸。

　　●   新型多址接入技术

　　非正交多址技术（NOMA）的原理是发射侧信息通过“功率域”或“码域”叠加，接收侧使用“SIC或类ML”解调。NOMA技术可以在有远近效应的场景中，既能保证用户间的最大公平性，又能取得系统的最大和容量（maximum sum rate）。目前，NOMA技术的主要形式包括功率域NOMA和码域NOMA。对于功率域NOMA，功率域一定程度上可以认为是时/频/空域的扩展，使得系统在一定时/频/空域资源下容纳更多用户接入。码域NOMA包括低密度码分多址和交织多址两种主要形式。NOMA主要适用于用户过载场景、接入严格同步不容易实现的场景和基站天线数目比较少的场景，比如：超密集网络、大范围密集用户场景、直联通信D2D、物联网通信MMC、传感器网络。

　　滤波器组多载波技术（FBMC）属于频分复用技术，通过一组滤波器对信道频谱进行分割以实现信道的频率复用。FBMC系统由发送端综合滤波器和接收端分析滤波器组成。我们认为，与OFDM比较，FBMC可以更加显著地减少带外泄露，特别适合于动态频谱共享的场景；FBMC/OQAM可以不需要循环前缀（CP）保护，提高系统效率；FBMC对上行接入信道同步要求更低。

　　●   新型编码调制技术

　　为了提高可靠性、增加吞吐量和降低延迟，具体地我们建议对多元域编码、网格编码调制、低码率的中短码、基于错比特率/错块率估计的新型的链路自适应编码调制、吉比特超高速译码器、物理层包编码等技术加以重点关注。

　　●   增强的HARQ技术

　　为了增加吞吐量和降低延迟，5G系统要求减少HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）重传次数、降低MAC层的延时、减少反馈开销以及改善重传性能。基于增强反馈的HARQ或包编码等技术可以降低延迟和减少重传次数；新的码字比特选择重传机制可以改善重传性能；新的反馈信道设计方案以及迭代接收机可以减少反馈开销。

　　●   网络编码技术

　　网络编码的基本思想是：允许网络中的节点对接收到的信息合并后再传输，中继节点对来自不同链路的信息进行编码组合，使得网络节点既具有路由功能又具有编码功能。传统的数据传输策略是信源产生数据，中间节点进行复制、存储和传输，接收节点接收数据，数据之间是独立、不相关的。而网络编码推翻了独立比特不能被压缩的经典结论，指出网络信息流可以被压缩，从而进一步提升网络的频谱效率和吞吐量。

　　●   先进接收机技术

　　根据摩尔定律，在未来的几十年内，移动终端的计算能力仍将持续、快速增长。首先，在4G线性接收机基础上，5G系统可以进一步考虑IC类接收机和迭代类接收机、最大似然/最大后验概率ML/MAP类接收机等。其次，5G系统可以进一步考虑联合优化接收机（如信道估计、信号检测、译码的联合优化）等更先进、更复杂的接收机。最后，5G系统可以进一步考虑特定应用场景的接收机，比如：基于压缩感知原理的MMC接收机、适应高速移动的接收机等。总之，先进接收机可以提升系统的频谱效率和吞吐量。

　　●   终端的虚拟MIMO技术

　　中兴通讯认为，伴随D2D技术在5G系统中广泛应用，下行虚拟MIMO可以将多个本地用户的接收天线共享，形成一个虚拟的单用户SU-MIMO接收机或者接收分集接收机（见图2），可以明显提高从宏基站到终端的链路容量和可靠性。对于虚拟的SU-MIMO接收机，由于SU-MIMO对于传统MU-MIMO可以获得更佳的链路性能，这对改善用户比较密集的热点地区的通信状况有非常大的好处；对于虚拟的接收分集接收机，同一小区边缘位置的多个用户的接收天线可以共享，可以改善小区边缘覆盖。该技术可以提升系统的频谱效率和边缘可靠性。

中兴通讯5G链路增强研究进展

　　Massive MIMO技术方面，中兴通讯主要研究高维码本设计、参考信号设计、天线阵列设计、与CoMP的关系等。中兴通讯提出了两种码本模型方案，较好地解决了传统码本精度低、开销大的问题；提出基于压缩感知的参考信号设计，较好地解决了导频开销过大的问题；建立链路级仿真平台和系统级仿真平台，在以上领域分别完成多篇研究报告和专利。

　　新型编码调制技术方面，对于新型链路自适应，中兴通讯提出了基于译码软信息的差错估计可以实现快速的链路自适应，解决了传统的信道状态信息CSI反馈不精确和开环链路自适应OLLA的周期较长的问题。对于多元域编码，中兴通讯提出新的多元域LDPC码的编码方案以及新型编码调制方案，与业界比较具有更低复杂度和更好性能。对于超高速译码器，现有LDPC码的分层译码在跨层时需要等待时间处理完一个流水，中兴通讯设计的LDPC码方案很好地处理等待时间，在性能不变和相同硬件复杂度条件下可以实现效率（或速度）翻倍。中兴通讯设计了基于编码块的包编码方案，不仅增强性能而且适合快速流水线实现。

　　中兴通讯对编码调制的上述领域以及网格编码调制（Lattice码）和短码都建立了链路级仿真平台，在超高速译码器领域建立硬件平台，分别完成多篇研究报告和专利。

　　增强的HARQ技术方面，为了减少重传次数和延迟，中兴通讯提出了基于软ACK/NACK的重传方案和基于包编码的重传方案；中兴通讯还提出了新的冗余版本定义，可以改善自适应HARQ重传性能。中兴通讯在所有领域不仅建立链路级仿真平台而且建立系统级仿真平台，个别领域还建立了原型验证平台，完成多篇研究报告和专利。

　　网络编码技术方面，中兴通讯主要研究上行Relay场景下网络编码应用、同构网中网络编码应用、异构网中应用双向Relay网络编码应用、D2D通信中网络编码协助应用、Small Cell场景中网络编码应用。中兴通讯在所有领域不仅建立链路级仿真平台而且建立系统级仿真平台，个别领域还建立了原型验证平台，并且进行了知识产权方面的积累。

　　先进接收机技术领域，中兴通讯主要研究IRC接收机、SIC接收机、ML接收机、上行MIMO多址迭代接收机、单天线干扰消除、联合优化接收机。中兴通讯在所有领域建立链路级仿真平台，在IRC接收机、SIC接收机和ML接收机领域建立系统级仿真平台，完成多篇研究报告和专利。

　　新型多址接入技术方面，中兴通讯主要研究和评估了功率域NOMA、低密度码分多址、滤波器组多载波等。中兴通讯提出了MUSA（multi-user shared access）即多用户共享接入技术，基于码分的设计思想可以大幅度提高接入用户数，新设计的码序列使得网络容量得到明显提升，延长了电池寿命；建立了链路级仿真平台或系统级仿真平台；在以上领域完成多篇研究报告和专利。

　　虚拟MIMO技术方面，中兴通讯通过系统仿真研究评估了虚拟MIMO技术，仿真结果表明终端侧的虚拟MIMO可以明显提升宏站到终端的容量；提出了协作的中继节点云的新概念，并且提出使用虚拟MIMO技术大幅度增加宏站到中继节点云的回程链路的容量；并完成多篇研究报告、论文和专利。

　　我们认为未来的5G会产生了多元化的需求，5G链路增强技术研究将以关注5G的主要场景和需求为出发点，不同的场景和需求会选择不同的链路增强技术。

　　中兴通讯针对未来5G链路增强的各个方向开展深入研究，某些领域取得较大进展。未来5G是个影响深远的系统，它必将改变我们的生活方式和产业格局。中兴通讯正在和产业界及高校多方紧密合作，共同为未来5G发展做出贡献。