5G标准的技术路线解析

　　无线蜂窝网络作为最成功的通信技术之一，给智能手机和平板带来了爆炸性的数据业务增长。当前4G LTE-A网络大部分部署在传统的蜂窝频带下，即从600MHz到3.5GHz。随着技术的演进，5G将利用100GHz下的任何频谱资源，包括现存的蜂窝频带，6GHz以下新频带以及毫米波频带。

在5G的技术路线图方面，3GPP定义并行的两条路线。
　　第一条路线是演进路线，LTE-A的持续演进，在6GHz以下的频带上以后向兼容的方式持续提升系统性能。例如，基于免调度的时延降低，以及将空口时延降至lms以下的短传输时间周期（TTI）。
　　第二条路线就是被广泛知晓的新空口（RAT）路线，它不受后向兼容性限制，能够整合突破技术去实现更高的性能。新的RAT系统需要实现5G的需求，因为它最终需要在未来替换之前一代的系统。新的RAT路线同样需要一个可拓展的设计，它能够无缝地支持小于6GHz和大于6GHz频率的通信。
　　

3G Partnership Project （3GPP）
3GPP成立于1998年12月，多个电信标准组织伙伴签署了《第三代伙伴计划协议》。3GPP最初的工作范围是为第三代移动通信系统制定全球适用技术规范和技术报告。
3GPP工作组并不制定标准，而是提供技术规范（TS）和技术报告（TR），并由TSG批准，一旦TSG批准了，就会提交到组织的成员，在进行各自的标准化处理流程。其制定规范的第一个版本Release-99于1999年底完成。后续版本虽不再以年份命名，每一二年都会出一个版本。
在3G技术成功之后，3GPP在2009年引人了 LTE作为Rel-8版本，并且 在2011年推出了 LT&Advanced作为Rel-10版本，该版本被称之为4G。之后朝着5G的方向继续演进。目前已有Rel-16版本。
最初的Rel-99中定义了宽带码分多址接入（WCDMA）系统，Rel-8中定义了LTE的频分复用技术：在下行链路中的正交频分复用（OFDM）技术和上行链路中的单载波频分多址接入（SC-FDMA）技术。LTE最大带宽为20MHz，在4x4 MIMO下提供300Mbit/s的下行链路峰值速率和75Mbit/s的上行链路峰值速率。

为了适应增长的数据业务的商业需求，在Rel-10的LTE-Advanced （LTE-A）标准中定义了最多5个载波的聚合，使得100MHz带宽成为可能。载波聚合和高阶MIMO 的结合为下行链路和上行链路分别提供了3Gbit/s和1.5Gbit/s的峰值速率。
Rel-12中定义了TDD和FDD间的载波聚合，使时分复用（TDD）和频分复用（FDD）得以联合操作。并引入了对机器类通信和设备与设备间的通信（D2D）操作的支持，明确定义了对等体发现和UE间直接通信机制。D2D的应用不仅包括一些商业场景（例如广告和社会网络服务），同样包括公共安全操作（例如由地震导致的应急通信）。

Rel-13和Rel-14的LTE-Advanced持续演进，持续性和后向兼容性是十分重要的。全维度MIMO（FD-MIMO），通过在基站侧使用大量天线以显著提升频谱效率。FD-MIMO依托先进的信号处理技术，是从4G向5G演进的最关键候选技术之一。FD-MIMO的关键思想是利用二维（2D）天线阵列中大量的天线数去同时进行水平和垂直方向的窄带波束赋型，进而实现高阶的多用户空间复用。

为了提供5G技术的指南，ITU-R已经最终确定了IMT-2020愿景，有望用来增强三大使用场景：增强移动宽带（eMBB），大规模的机器类型通信（mMTC）以及超可靠性和低时延的通信（URLLC）。
IMT-2020主要的性能要素：峰值数据速率、用户体验数据速率、频谱效率、移动性、时延、 连接密度、网络能量效率，以及区域业务容量。
3GPP会为IMT-2020标准化一个新的无线接入技术。对于新的RAT，满足20Gbit/s数据需求的最有潜力的技术之一就是利用更高的频段，例如30GHz左右。如此高的频段将会使得一个非常宽的连续频谱（大于500MHZ）成为可能。

新的RAT标准将利用6GHz以下传统蜂窝频带和6GHz以上的髙频带（最多至100GHz）资源去满足MT-2020的需求。对于30GHz左右的高频带（毫米波频段）的主要挑战之一是由路径损耗导致的覆盖减小。传统的假设为路损正比于频率的平方。
然而，波束赋型对于提升覆盖非常有用。此外，在毫米波频带获取大的波束赋型增益将更为容易，因为波长随着频率的增加而减小，并且对于同一个天线 维度来说有更多的天线端口，从而允许具有更高波束赋型增益的窄波束。

4G技术已经在全球范围内取得了巨大的商业成功。目前，全球的制造商和主要移动网络运营商都已参与5G的研发和标准化进程。根据4G的经验，5G的标准化过程同样被期望着去扮演一个重要角色，以引领5G从研究走向商业的成功。