40 通 信 设 计 与 应 用 2【)l7年 5月下 基于5 G大规模阵列天线的传输协 议 之空口 ． 顾 源源 (南京邮电大学电子科学与丁程学院，南京 210003) 【摘 要 】移动通信在过去 的十年里 ，4G已经在全球范围 内实现大规模商用。如今 ，通过关键 技术的引入，5G即将成 为全世界通信行业研 发的 焦点 ，如 何 制 定 全 球 统 一 的 5G行 业 标 准 ，已经 成 为 行 业 的 共 识 。如 何 设计 5G 接 入 网统 一 空 口 (Unified AirInterface)及 模 块 间 传 输 协 议 来 有 效 且 灵 活 开放 地 支持 各 种 不 同 类型 的业 务 ，如 何 考 虑 多 天 线 传 播 兼 容 问题 ，是 目前 当 务 之 急 。 【关键词 】5G框 架 ，大规模 阵列天线 ；空口协议 【中图分类号 】 FN828．6 【文献标识码 】A 【文章编号 】1006—4222(2017)10—0040—02 1 引 舌 在 过 去 的 十 年 内 ．4G在 全 球 范 围 内 已 经 大 规 模 商 用 。每 十 年 内 ，移 动 通 信 都 将 出现 新 一 代 技 术 ，通 过 ；1入 关 键 技 术 ， 可 以 实现 容 量 和 频 谱 效 率 的 大 幅 度 提 升 ．从 而推 动 并 涌现 大 量 心 得 业 务 类 型 。 因 而 5G 的 研 发 已 经 成 为 全 行 业 的 关 注 焦 点 ．如 何 制 定 全球 统 一 的 5G标 准是 目前 业 内的 重 中之 重 。 如 今 ．无 线 通 信 正 处 于 高速 发展 时期 ，行 业 一 致认 为 ，未 来 5G 系 统 应 该 有 一 张统 一 的 网络 图 ． 各种 不 同 的 应 用 场 景 均 可 适 用 于 这 张 网络 业 内统 一 意 见 ，5G所 支持 的应 用 场 景 大 致 可 分 为 三 种 ：海 量 连 接 (Massive MTC．inMTC)、 增 强 型 移 动 宽 带 (Enhanced Mobile Broad Band．eMBB)、 以 及 低 时 延 高 可 靠 (Critical MTC．cMTC)通 信 。 如 何 设 计 5G接 入 网模 块 间传 输 协 议 以 及 统 一 空 口 (Unified Air Interface)来 灵 活 开 放 并 且 有 第 二 层 次 ： 成 立 在 各 个 国 家 的 5G 研 究 推 动 组 织 ，如 NGMN、WwRF、EUMETIS5G—PPP、ChinaIMT一2020 等 。 在 中 国 ．于 2013年 4月 ．工 信 部 、发 展 改 革 委 、科 技 部 共 同支 持 成 立 了 IMT一2020标 准 组 织 ，IMT一2020作 为 我 国 5G 推 进 工 作 的 平 台 ．旨在 组 织 国 内各 方 力 量 、积 极 开 展 国 际 合 作 ，共 同推 动 5G 国际 标 准 的 发展 ： 第 三层 ：这 一层 有 运 营 商 、各 研 究机 构 以及 相 关 院校 组成 ， 如 CMCC、Huawei、Nokia、Ericsson、DoCoMo、Samsung、CATR等 。 这 层 成 员 大 多专 注 于 某个 具体 的技 术 问 题进 行 深 入 的研 究 ，同 时将 其 研 究成 果 在 上 述 两层 进 行 组 织推 广 和 影 响 ．在 得 到 行 业 内统 一 认 可 后 ，可 形 成 汗 液 标 准 规 范 ，从 而取 得技 术 优 势 以 进 行 进 一 步 研 发 通 过 上 述 三 层 分 _T-合 作 ．上 下 互 动 可 实现 有序 进 展 ．． 效 地 支持 各 种 不 同类 型 的 应 用 业 务 ．如 何 考 虑 多天 线 传 播 兼 3 5G框 架 关 键 词 容 问 题 ，是 目前 当 务 之 急 。 2 研究现状 5G 技 术 框 架 有 三 个 关键 ：全 频 谱 (聚 合 所 有 可 获 得 的 低 频 和 高频 )、新 架构 (一 个 物 理 网络 连 接 千 百行 业 )、新 空 口(灵 基 于 IJTE 的 4G 通 信 网络 大规 模 的 投 入 商 用 ．5G 的 研 发 活 性 和 频 谱 效 率 ) 已 经 成 为 行 业 内研 究 发 展 的 重 点 ．整 体 而 言 ．5G 的 研 发 团 队 整 体 氛 围 大 致 三 个 层 次 ： 第 一 层 次 ：ITU(国 际 电 信 联 盟 组 织 )，作 为世 界 范 围 内联 系各 国政 府 及 私 营 部 门的 组 织 纽 带 ． 国 际 电信 联 盟 通 过 无 线 电 通 信 组 织 开 展 各 类 全 行 业 的 电 信 展 览 活 动 ： 金 频 谱 ：Sub 6GHz为 主 ， 高频 为辅 ：5G 将 仍 以 Sub 6GHz 频 段 为主 ，同 时 引入 高频 作 为补 充 ，提 升 系统 容 量 ．并 用 于 无 线 回 传 低 频 (核 心 频 段 )为 WRC15／19；高 频 (补 充 频 段 )为 W RC19。 新 架 构 ：5G 将 引入 以业 务 为 中 心 的 云 化 架 构 ． 实现 行 业 件 ．对 组 图 方案 和 线 路 设 计 制 图 工 作 进 行 严 格 执 行 。 当前 ， 到 的 专 业 要 素 及 内容 比 较 多。具 体 设 计 ．Y-作 实施 中，要 对 PON AutoCAD 系列 软 件 专 业性 很 强 ．极 为 盛 行 ，在 机械 、电子 、建 筑 等 各领 域得 到 了 广泛 应 用 将 AutoCAD 系列软 件 应 用到 组 图 技 术 和 接 入 网具 备 清晰 的认 识 和 了解 ，在 该基 础 上 严 格 执 行 后 期 接 入 层 通 信 线 路 设 计 工作 ． 打破 传 统接 入 模 式 中存 在 的 方 案 和 线 路 设 计 过 程 中 ．能 够 使 设 计 过 程 更 加 科 学 、合 理 ，确 保 图纸 会 审 和施 工操 作 过 程 的便 利 性 。 接 入 层 通 信 线 路 设 计 不足 ，实现接 入 网 通信 质 量 和 效 率 提 升 ．为 该技 术提 供 广 阔的 应 用发 展 空 间 。 过 程 复 杂 ，专 业 性 很 强 ，制 图软 件 用 途 广 ，能够 对 光 缆 路 由图 、 布 放 图 、系统 组 网 图和 光 交设 备 穿放 图 等进 行 科 学 绘 制 ，降低 参考文献 具 体 工 程 设 计 及 实施 难 度 2．5 制作 投 资预 算 投 资预 算与 设 计 效 果 具 有 直接 相 关 性 基 于 PON 技 术 的 接 入 层 通 信 线 路 设 计 ．实施 过 程 中 ．专 业 性 很 强 ，投 资 预 算 能 够 为运 营商 提 供 重要 设 计 资料 ．并 有 效 反 映设 计 及 施 工 过 程 的合 理 性 和 可 行 性 ．．预 算 投 资 制 作过 程 中 ．设 计 单 位 及 人 员要 依 据 通 信 行 业 相 关 定 额 手 册 及 各 材 料 价 格 等 ，实施 投 资 预 算 ， 对 该 项 设 计 工 作 中 的 总 投 资 和 用 户 投 资等 具 备 全 面 的 认 识 ， 减 少不 必要 的 资 金 浪 费问 题日 3 结 语 综 上 所 述 ．基 于 PON 技 术 的接 入 层 通 信 线 路 设 计 极 为 必 要 ，能 够 为人 们提 供 优 质 的 用 网 环 境 。 其 设 计 过 程 复 杂 ，涉及 [1]施 云 龙 ．基 于 PON 技 术 的 接 入 层 通 信 线 路 设 计 [J1．中 国 新 通 信 ， 2O16．18(22)：24． 【2】应 闽 ．浅 谈 基 于 PON技 术 的接 入 层 通 信 线 路 设 计 _J1．中 国新 技 术新 产 品 ，20l6(6)：l4～15． [3]许 莎 佳．基 于 PON技 术 探 讨 好 接 入 层 通 信 线路 的 设 计 思路 I J1．无 线 互 联 科 技 ，2016(13)：3~4． 【4]卢 忠 渭．基 于 PON 模 式 接 入 层 光 缆 网规 划 与 建 设 ．湖 南 邮 电职 业 技 术 学 院 学 报 ，2014(2)：42～45． 『51王 中 鹏．基 于认 知 无线 电 的 ROF—PON光 无 线接 入技 术 lJ1．中 兴 通 讯 技 术 ，20l2，l8(5)：33～35． 收稿 日期 ：2017-4—18 

20l7年 5 月 下 通 信 设 计 与 应 用 41 定 义的 网络 切 片 ．将 一 个 物理 网络 切 成 多个 虚 拟 的 网络 切 片 ． 支 撑 千 百 行 业 新 空 口 ：5G 需 要 统 一 空 口满 足 差 异化 需 求 ．满 足 商 业 诉 求 和 技 术要 求 ：多样 化 的 各 行 各 业 应 用 ：多样 化 的 QoE：多样 化 的 部 署 场 景 5G新 空 13'至 少需 要 提 升 3倍 频谱 效 率 ：3G 的 UM 到 HSPA 提 升 了 1．6x1．4×1．2x1．2=3．23倍 ：4G 的 HSPA 到 I E 提 升 了 1．3×1．7×1．2×1．2=3．18 倍 ：因 而 I E 到 5G 至 少 需 要 提 升 3 倍 4 5G 空 口协 议 图 1 何 为 空 13'协 议 ?所 谓 空 口协议 ：指 的 是 一 种 在 移 动 终 端 和 基 站 之 间进 行 连接 协 议 ．这 个 协 议 在 移 动 通 信 的标 准 中至 关 重 要 为什 么 5G 要 统 一 空 1：7协 议 栈 ? 其 目的 很 简 单 ：为 了让接 入 网 更 加 开放 通 过 让 5G 统 一 空 口的 各 个 层 和操 作 系统 各 平 台 有 效 相 连 ， 同时 对外 提 供 标 ；住的 接 口 API， 可 以 根 据 设 备 商 、运 营 商 及 第 三 者 开 发 商 ，甚 至 根 据 客 户 个 人 的 需 求 进 行 开 发 及 定 制 及 统 一 空 口(Unified Air Interface)来 灵 活 开 放 并 且 有 效 地 支 持 各 种 不 同类 型 的 应 用 业 务 ，如 何 考 虑 多 天线 传 播 兼容 问题 ． 是 目前 当务 之 急 5G 时代 采 用 谁 家 的 技 术 ? 在 3G 时代 ． 空 I：7编 码 技 术 是 CI)MA；在 4G 时代 ，其 空 口编 码技 术 是 OFI)M 目前 。3GPP(国 际 标 准 化 组 织 ) 正在 制 定 5G新 空 口标 ；住 5G 决 定年 应 该 是 20l7年 ，3GPP5G 规 范的 第一 版 计 划 将 于 20l7／20l8年 正 式公 布 接 下 来 围绕 5G 新 空 口 标 ；位 ，Qualcomm、Huawei、El·i( (113 等 巨 头 必将 有一 番争 夺 在 5G编 码 方 案 中 ．Huawei主 推 P0lar码 ．Qualcomm 主 推 LDPC码 ．在 5GeMBB场 景 下 ，Polar码 成 为 其控 制 信 道 的短 码 编 码 方案 ：而 LDPC码 成 为数 据 信 道 的 编 码 方 案 Polal·入 选 是 中 国在 5C技 术 研 究和 标 ；位化 上 里 程 碑 的进 展 2016年 lJ月 17日 ，中 国华 为 、美 国 高通 、法 国等 国 家 、企 业 就 在 eMBB 场 景编 码 中 5G短 码 方 案 进 行 了激 烈 的讨 论 ．美 国 Qualcomm 主 推 LDPC 方 案 ． 中 国 Huawei主 推 P{llarCode (极 化 码 )方 案 ，法 国主 推 Turbo2．0方案 Turbo码 ：l993年 ． 法 国 教 授 Berrou和 Glavieux提 出 ，且 采 纳 入 3G 和 4G 标 准之 中 ，不 过 由 于 与 应 用 场 景 不 匹 配 等 种 种 原 因 ，Tm·bo码 最 先 无 缘 5G： LDPC(低 密 度 奇 偶 校 验 )码 ：LDPC码 是 Robert Gallagel·在 其 l962年 博 士 论 文 中提 出 。l DPC是 一 种 具 有稀 疏 校 验 矩 阵 的 分 组 纠错 码 ．其 理 论 性 很 强 ．几 乎 适 用 于所 有 的信 道 因 为 I,DPC码 计 算 复 杂 度 高 ．当 时 的硬 件 难 以承 受 ．直 到 l996年 之 后 才 引 起 整 个通 信 行 业 的 关 注 ，同年 被 W J(IEEE802．1】)采 纳 入 标 ；隹；它 描 述 和 实现 简 单 ，性 能 逼 近 香 农 极 限 ，且 易 于进 行 理 论 分析 和 研 究 ．译 码 简单 且 可 实现 并 行 操 作 ．经 过 改 进 后 适 合 硬 件 实 现 ： 5G 空 口 叉分 为 5G低 频 新 空 13'及 5G 高频 新 空 13'。 5G 低 频 新 空 口 ：低 频 新 空 口在 热 点 高 容 量 、连 续 广 域 覆 盖 和 低 时延 高 可靠 场 景 中得 到 广 泛运 用 ，它将 对新 型 多址 、规 模 天 线 、先 进 调 制 编码 等 关 键技 术 进 行 有 效 的 整 合 ．其技 术 方 案 将 在 5G 技 术 框 架 基 础 上进 一 步进 行 优 化 设 计 、 Polar(极 化 )码 ：Arikan在 2007年 提 出 ，是 人 类 已 知 的 第 一 种 在 二 进 制 输 入 对 称 离散 无记 忆 信 道 下 能 够 被 严 格 证 明 达 到 香 农 极 限 的 信 道 编 码 方 法 ， 经 过 各 行 业 的 对 比 比较 以 及 激 烈 讨 论 ．最 终 ．Huawei的 Polar方 案 ．成 为 5G 控 制 信 道 eMBB 场 景 编 码 方 案 ，而 LDPC 5G 高频 新 空 口 ：高频 新 空 口 为 了 满 足 高 容 量 、高热 点 场 成 为 数 据 信 道 的 上 行 和 下 行 短 码 方 案 景 及 极 高传 输 速 率 等要 求 ，采 用 了超 大 带 宽 信 道 、 同 时 ，通 过 密集 部 署 满 足 高频段 覆 盖 小 、信 号 指 向 性 强 等 要 求 ，以 至 于 达 到 极 高流 量 密度 在 20l5年世 界 无 线 电通 信 大 会上 ．行 业 内商 议 决 定 了5G 网络 蜂 窝 移 动 通 信 的 最 优 选 的频 段 ：5G 的 需 求 大 于 500MHz。 在 WRC一20l9(2019年世 界 无 线 电 通 信 大 会 )上 ，将 有 望 给 移 动 通 信 行 业指 定 全 新 的 授 权 性 无 线 平 铺 资 源 在 6GHz频 点 以 上 的 五 类 频 段 ．据 统 计 ．共 有 45GHz的 物 理 频 段 可 供 使 用 ．这 些 物理 带 宽 可 应 用 于 未 来的 无 线 移 动 通 信 接 入 网 以 及 “自 回 传 ”系 统 何 为 未 来 第 五 代 移 动 通 信 系统 的 性 能 目标 ? 主 要 有 以 下 5 点 ： (1)超 大 的 系 统 容 量 (单 位 面 积 地 域 内的 系 统 容 量 提 高 999倍 )： (2)超 大 的峰 值 速 率 (提 高 99倍 ，达 到 10Gbit／s)； (3)超 低 端到 端 时 延 (小 于 1ms)； (4)海量 的终 端接 入 (能 力提 高 99倍 )； (5)超 低 的功 率 消耗 (能 效提 高 999倍 )。 相 较 于过 去 几 代 无 线接 入 网 ．5G 无线 接 入 网 同时 还 需要 具 有 开放 和 灵 活 的 特 征 ，在 同种 环 境 下 ，5G接 入 网将 能 够快 速 应 对 各种 独特 的 用 户 需 求 ，同 时 也 能 对 外 提 供 统 一 的 标 准 化 接 口。使 得 各 种 类 型 的 用 户 的 各种 特 定任 务 都 能 在 5G接 入 网 这 个 平 台 得 到 完 成 如 何 设 计 5G 接 入 网 模 块 间 传 输 协 议 以 在 上 述 讨 论 的 5G 短 码 编 码 方 案 中 ，可 分 为 两部 分 ：数 据 信 道 编 码 和 控 制 信 道 编 码 5 总 结 ’ 目前 各 国均 已提 出 5G 发 展 愿景 和 空 1：7协 议 关 键 技 术 指 标 ，基 于 5( 通 信 中 的 大 规 模 天 线 的 传 输 协 议 进 行 研 究 ，解 决 5G 空 中接 口协 议 及 模 块 间传 输 协 议 ．是 5G 后 续 研 究 与 发 展 需 要 关 注 的 内 容 参 考文献 『l1倪 吉庆 ．5( 空 口统 一 框 粲初 探 ：软 件 定 义空 El'． 『21张 源 ．黄 伟 ，黄 晓 桦 ．5G 移 动 通 信 发 展 趋 势 与 若 干 关 键 技 术l Jll通 信 设 计 与 应 用 ，2016(14)． I3lITt]一RWP5D．Framework an【{Overall Objectives of the Futm~ Deve1． opment of IMrr for 2020 and Beyond[R1．USA：ITU—RM ．2015． 14l中 国 IMT一2020(5G)推 进 组 ．5G 概 念 白 皮 书 【I{J．北 京 ：IMT一2020， 2Ol5． 收稿 I1期 ：2017—5—7 作卉简介 ：顾源源(1993一)，女 ，硕士研 究生