统一、灵活、可配置的5G新空口

5G需要新空口

　　5G是全球移动通信行业和ICT生态系统的下一个创新前沿，5G将会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IoT应用。

　　从技术特性看，5G相比3G/4G具有速度更快、时延更低、可靠性更高、支持大连接能力更强、备选频谱更广泛、业务模式更多样化、部署形态更丰富、网络架构更加弹性化等显著优势。

　　从应用场景看，3G/4G更多的是满足语音以及数据业务需求，5G则聚焦于增强移动宽带、海量连接物联网、垂直行业应用等领域，相比3G/4G更能体现IT和CT的深度融合，是实现未来世界“万物互联”的关键载体。

　　5G的前沿应用将促使系统能力相比3G/4G有大幅提升，比较有代表性的几个技术特征是：1ms的超低时延、10Gbps及以上的超大吞吐量、百万级的超大规模接入能力。

　　而系统能力的提升必然与挑战相生相伴。5G可用低频频谱资源十分紧张，为突破频谱资源的限制，5G将会在高频频谱应用方面进行拓展。5G系统支持的业务更加多样化，系统部署形态更加丰富，为此5G系统需要灵活地支持低频和高频部署及高低频混合组网部署，同时5G系统也需要灵活支持超大容量、超大规模、超低时延的应用。

　　因此，5G系统需要进行灵活的空口和网络架构设计。中兴通讯经过长期深入的研究和探索，系统性提出构建统一、灵活、可配置的空口和网络架构，本文主要探讨空口技术。

5G新空口关键特性

　　空口包括物理层、链路层和网络层，最重要的是物理层。2G/3G/4G主要的区别就在于空中接口的物理层，物理层涉及各种技术（包括波形、调制、编码、双工、天线、接入等），实现复杂度也更高。因此，空口物理层技术的发展是移动通信系统发展的标志。

　　相比3G/4G空口，5G空口我们通常称之为5G新空口，亦称5G NR（5G New Radio Access Technology） 。3GPP已启动了5G新空口的研究项目，旨在制定一个基于OFDM的全新5G无线空口标准。

　　如图1，一种比较好的面向5G的空口设计包含3层结构，底层引入抽象物理层，采用统一框架设计的波形和帧结构，灵活适配多种业务和全频段部署的要求，对不同的业务和频段完全透明；中间层可按照业务类型实现灵活的网络切片和弹性的资源分配；顶层引入业务感知功能，并实现动态、智能的业务聚合。

　　5G通过新空口技术将连接一切——不论是智能手机还是汽车，甚至整座城市的基础设施都将通过5G NR实现互联互通。除了充当一个统一的连接框架外，5G NR还将网络的数据速度、容量、时延、可靠性、效率和覆盖能力都提升到全新水平，并将充分利用每一比特的可用频谱资源。

　　根据国际电联ITU提出的5G愿景，5G未来将会面向三大场景提供必要支持：eMBB（增强移动宽带）、mMTC（大规模物联网）、uRLLC（低时延高可靠连接）。5G NR将会契合5G三大场景的技术需求，通过大规模天线技术Massive MIMO、自包含帧结构、基于OFDM的可扩展波形技术、基于低时延的时隙结构以及先进的编码与调制方案等新技术和新设计，完美应对5G挑战。

　　●　5G NR中的Massive MIMO技术相比Pre5G更加灵活，充分考虑前向兼容性，各种传输机制之间可快速切换及兼顾高低频统一设计。

　　●　5G NR的自包含子帧Self-contained设计，在相同子帧内包含上下行传输，实现数据传输和解码确认，从而实现更低延迟。Self-contained的子帧设计亦支持前向兼容性、自适应UL／DL配置，适配大规模天线技术。

　　●　5G NR将会基于OFDM波形技术，在40GHz频段以下的eMBB和uRLLC场景下行采用CP-OFDM波形，上行以CP-OFDM为主，DFT-S-OFDM波形为补充。研究表明，上行链路支持DFT-S-OFDM和CP-OFDM具有互补优势，基于场景自适应切换对于DFT-S OFDM的链路预算和MIMO空间复用都有好处，同时5G NR子载波间隔为15~480kHz，具备灵活可扩展特性。

　　●　为支持高可靠低时延业务，5G NR将考虑超短帧设计，方法一是减少slot中的OFDM数量，设计新的mini-slot，比如2个OFDM符号，方法二是使用更大的子载波间隔，比如30/60kHz。

　　●　支持任意码长和码率，支持有限循环缓存速率匹配的5G新型LDPC编码。

5G新空口，向商用迈进

　　基于在5G领域雄厚的研究积累，中兴通讯在2017年巴塞罗那世界移动通信大会（MWC）上发布了业界最小的基于3.5GHz和28GHz的5G NR 新空口AAU（有源天线射频单元）产品。产品支持最新的5G NR能力，并且具备面向R15完整版新空口标准的软件升级演进能力，高低频混合组网将为运营商在网络覆盖和承载能力上提供巨大支持。

　　5G NR基站可将5G波束赋型技术、大规模MIMO等创新技术应用在网络中，这些功能在增强用户体验的同时，提高网络容量，扩展网络覆盖范围，并大幅减少网络干扰，提供“洁净”网络。

　　今年2月，中兴通讯与高通公司子公司及中国移动联合宣布，计划合作开展基于5G新空口规范的互操作性测试和OTA外场试验。

　　试验将基于中国移动的5G指导建议，使用基于高通技术的终端原型和中兴通讯的基站解决方案，模拟真实场景并支持广泛的5G NR用例和场景部署。试验将使用多项先进的3GPP 5G NR技术，包括大规模多输入多输出（MIMO）天线技术、自适应独立TDD、多项波束技术、基于 OFDM的波形等。这些技术将满足新兴的AR、VR、云计算等业务的数据连接需求，也满足一些低延迟服务的使用，如无人驾驶汽车、无人驾驶飞机等。

　　该试验将基于3.5GHz频段展开，旨在推动无线生态系统实现5G NR 技术的大规模快速验证和商用，使符合3GPP Rel-15标准的5G NR基础设施和终端能够到位，用以支持商用网络的及时部署。上述互操作性测试和试验将在2017年下半年在中国启动。

　　5G新空口已经逐步实现从理论研究到产品商用的过渡，这也标志着5G离商用越来越近，让我们共同期待未来万物互联的新时代。