1.3　5G路线图

面对5G场景和技术需求，需要选择合适的无线技术路线，以指导5G标准化及产业发展。综合考虑需求、技术发展趋势以及网络平滑演进等因素，5G空口技术路线可由5G新空口（含低频空口与高频空口）和4G演进两部分组成。

（1）5G空口技术框架

LTE/LTE-Advanced技术作为事实上的统一4G标准，已在全球范围内大规模部署。为了持续提升4G用户体验并支持网络平滑演进，需要对4G技术进一步增强。在保证后向兼容的前提下，4G演进将以LTE/LTE-Advanced技术框架为基础，在传统移动通信频段引入增强技术，进一步提升4G系统的速率、容量、连接数、时延等空口性能指标，在一定程度上满足5G技术需求。

受现有4G技术框架的约束，大规模天线、超密集网络等增强技术的潜力难以完全发挥，全频谱接入、部分新型多址等先进技术难以在现有技术框架下采用，4G演进路线无法满足5G极致的性能需求。因此，5G需要突破后向兼容的限制，设计全新的空口，充分挖掘各种先进技术的潜力，以全面满足5G性能和效率指标要求，新空口将是5G主要的演进方向，4G演进将是有效补充。

5G将通过工作在较低频段的新空口来满足大覆盖、高移动性场景下的用户体验速率和系统容量需求。综合考虑国际频谱规划及频段传播特性，5G应当包含工作在6GHz以下频段的低频新空口以及工作在6GHz以上频段的高频新空口。5G无线路线如图1-3所示。

5G低频新空口将采用全新的空口设计，引入大规模天线、新型多址、新波形等先进技术，支持更短的帧结构、更精简的信令流程、更灵活的双工方式，有效满足广覆盖、大连接及高速等多数场景下的体验速率、时延、连接数以及能效等指标要求。在系统设计时应当构建统一的技术方案，通过灵活配置技术模块及参数来满足不同场景差异化的技术需求。

5G高频新空口需要考虑高频信道和射频器件的影响，并针对波形、调制编码、天线技术等进行相应的优化。同时，高频频段跨度大、候选频段多，从标准、成本及运维角度考虑，应当尽可能采用统一的空口技术方案，通过参数调整来适配不同信道及器件的特性。

高频段覆盖能力弱，难以实现全网覆盖，需要与低频段联合组网。由低频段形成有效的网络覆盖，对用户进行控制、管理，并保证基本的数据传输能力，高频段作为低频段的有效补充，在信道条件较好的情况下，为热点区域用户提供高速率数据传输。

5G空口技术框架应当具有统一、灵活、可配置的技术特性，如图1-4所示。面对不同场景差异化的性能需求，客观上需要专门设计优化的技术方案。然而，从标准和产业化角度考虑，结合5G新空口和4G演进两条技术路线的特点，5G应尽可能基于统一的技术框架进行设计。针对不同场景的技术需求，通过关键技术和参数的灵活配置形成相应的优化技术方案。

根据移动通信系统的功能模块划分，5G空口技术框架包括帧结构、双工、波形、多址、调制编码、天线、协议等基础技术模块，通过最大可能地整合共性技术内容，达到“灵活但不复杂”的目的，各模块之间可相互衔接、协同工作。根据不同场景的技术需求，对各技术模块进行优化配置，形成相应的空口技术方案。下面简要介绍各模块及相关备选技术。

①帧结构及信道化。面对多样化的应用场景，5G的帧结构参数可灵活配置，以服务不同类型的业务。针对不同的参数配置，具体包括带宽、子载波间隔、循环前缀（CP）、传输时间间隔（TTI）和上下行配比等。参考信号和控制信道可灵活配置以支持大规模天线、新型多址等新技术的应用。

②双工技术。5G将支持传统的FDD和TDD及其增强技术，并可能支持灵活双工和全双工等新型双工技术。低频段将采用FDD和TDD，高频段更适宜采用TDD。此外，灵活双工技术可以灵活分配上下行时间和频率资源，更好地适应非均匀、动态变化的业务分布。

③波形技术。除传统的OFDM和单载波波形外，5G很有可能支持基于优化滤波器设计的滤波器组多载波（FBMC）、基于滤波器的OFDM（F-OFDM）和通用滤波多载波（UFMC）等新波形。这类新波形技术具有极低的带外泄漏，不仅可提升频谱使用效率，还可以有效利用零散频谱并与其他波形实现共存。由于不同波形的带外泄漏、资源开销和峰均比等参数各不相同，可以根据不同的场景需求选择合适的波形技术，同时有可能存在多种波形共存的情况。

④多址接入技术。基础版本支持传统的OFDMA技术，后续版本还将支持SCMA、PDMA、MUSA等新型多址技术。新型多址技术通过多用户的叠加传输，不仅可以提升用户连接数，还可以有效提高系统频谱效率。此外，通过免调度竞争接入，可大幅度降低时延。

⑤调制编码技术。5G既有高速率业务需求，也有低速率小分组业务和低时延高可靠业务需求。对于高速率业务，与传统的二元Turbo+QAM方式相比，多元低密度奇偶校验码（M-ary LDPC）、极化码、新的星座映射以及超奈奎斯特（FTN）调制等方式可进一步提升链路的频谱效率；对于低速率小分组业务，极化码和低码率的卷积码可以在短码和低信噪比条件下接近香农容量界；对于低时延业务，需要选择变异码处理时延较低的编码方式。对于高可靠业务，需要消除译码算法的地板效应。此外，由于密集网络中存在大量的无线回传链路，可以通过网络编码提升系统容量。

⑥多天线技术。5G基站的天线数量及端口数将有大幅度增长，可支持配置上百根天线和数十个天线端口的大规模天线，并通过多用户MIMO技术，支持更多用户的空间复用传输，数倍提升系统频谱效率。大规模天线还可用于高频段，通过自适应波束赋形补偿高的路径损耗。5G需要在参考信号设计、信道估计、信道信息反馈、用户调度机制以及基带处理算法等方面进行改进和优化，以支持大规模天线技术的应用。

⑦低层协议。5G的空口协议需要支持各种先进的调度、链路自适应和多连接等方案，并可灵活配置，以满足不同场景的业务需求。5G空口协议还将支持5G新空口、4G演进空口及WLAN等多种接入方式。为减少海量小分组业务造成的资源和信令开销，可考虑采用免调度的竞争接入机制，以减少基站和用户之间的信令交互，降低接入时延。5G的自适应HARQ协议将能够满足不同时延和可靠性的业务需求。此外，5G将支持更高的节能机制，以满足低功耗和物联网业务需求。

5G空口技术框架可针对具体场景、性能需求、可用频段、设备能力和成本等情况，按需选取最优技术组合并优化参数配置，形成相应的空口技术方案，实现对场景及业务的“量体裁衣”，并能够有效应对未来可能出现的新场景和新业务需求，从而实现“前向兼容”。

（2）5G低频新空口设计

低频新空口可广泛用于连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠场景，其技术方案将有效整合大规模天线、新型多址、新波形、先进调制编码等关键技术，在统一的5G技术框架基础上进行优化设计。

在连续广域覆盖场景中，低频新空口将利用6GHz以下低频段良好的信道传播特性，通过增大带宽和提升频谱效率来实现100Mbit/s的用户体验速率。在帧结构方面，为了有效支持更大带宽，可增大子载波间隔并缩短帧长，并可考虑兼容LTE的帧结构，例如，帧长可被1ms整除，子载波间隔可为15kHz的整数倍；在天线技术方面，基站侧将采用大规模天线技术提升系统频谱效率，天线数在128个以上，可支持10个以上用户的并行传输；在波形方面，可沿用OFDM波形，上下行可采用相同的设计，还可以采用F-OFDM等技术支持与其他场景技术方案的共存；在多址技术方面，可在OFDMA基础上引入基于叠加编码的新型多址技术，提升用户连接能力和频谱效率；在信道设计方面，将会针对大规模天线、新型多址等技术需求，对参考信号、信道估计及多用户配对机制进行全新设计；在双工技术方面，TDD可利用信道互易性更好地展现大规模天线的性能。此外，宏基站的控制面将进一步增强并支持C/U分离，实现对小站和用户的高效控制与管理。

在热点高容量场景中，低频新空口可通过增加小区部署密度、提升系统频谱效率和增加带宽等方式在一定程度上满足该场景的传送速率与流量密度需求。本场景的技术方案应与连续广域覆盖场景基本保持一致，并可在如下几方面做进一步优化：帧结构的具体参数可根据热点高容量场景信道和业务特点做相应优化；在部分干扰环境较为简单的情况下，可考虑引入灵活双工或全双工；在调制编码方面，可采用更高阶的调制方式和更高的码率；为了降低密集组网下的干扰，可考虑采用自适应小小区分簇、多小区协作传输及频率资源协调；此外，可通过多小区共同为用户提供服务，打破传统小区边界，实现以用户为中心的小区虚拟化；为了给小小区提供一种灵活的回传手段，可考虑接入链路与回传链路的统一设计，并支持接入与回传频谱资源的自适应分配，有效提高资源的使用效率。同时，在系统设计时还要考虑集中、分布式和无线网状网（Mesh）等不同无线组网方式带来的影响。

在低功耗大连接场景中，由于物联网业务具有小数据分组、低功耗、海量连接、强突发性的特点，虽然总体数量较大，但对信道带宽的需求量较低，本场景更适合采用低频段零散、碎片频谱或部分OFDM子载波。在多址技术方面，可采用SCMA、MUSA、PDMA等多址技术通过叠加传输来支持大量的用户连接，并支持免调度传输，简化信令流程，降低功耗；在波形方面，可采用基于高效滤波的新波形技术（如F-OFDM、FBMC等）降低带外干扰，利用零散频谱和碎片频谱，有效实现子带间技术方案的解耦，不同子带的编码、调制、多址、信令流程等都可进行独立配置；可通过采用窄带系统设计，提升系统覆盖能力，增加接入设备数并显著降低终端功耗成本；此外，还需大幅增强节能机制（包括连接态和空闲态），在连接态通过竞争接入方式，简化信令流程，降低用户接入时延，减少开启时间；空闲态采用更长的寻呼间隔，使终端更长时间处于休眠状态，实现更低的终端功耗。

在低时延高可靠场景中，为满足时延指标要求，一方面要大幅度降低空口传输时延，另一方面要尽可能减少转发节点，降低网络转发时延。为了满足高可靠性指标要求，需要增加单位时间内的重传次数，同时还应有效提升单链路的传输可靠性。为了有效降低空口时延，在帧结构方面，需要采用更短的帧长，可与连续广域覆盖的帧结构保持兼容。在波形方面，由于短的TTI设计可能导致CP开销过大，可考虑采用无CP或多个符号共享CP的新波形；在多址技术方面，可通过SCMA、PDMA、MUSA等技术实现免调度传输，避免资源分配流程，实现上行数据分组调度“零”等待时间。为有效降低网络转发时延，一方面可通过核心网功能下沉、移动内容本地化等方式，缩短传输路径；另一方面，接入网侧可引入以簇为单位的动态网络结构，并建立动态Mesh通信链路，支持设备和终端间单跳和/或多跳直接通信，进一步缩短端到端时延。为了提升数据传输的可靠性，在调制编码方面，可采用先进编码和空/时/频分集等技术提升单链路传输的可靠性；在协议方面，可采用增强的HARQ机制，提升重传的性能。此外，还可以利用增强协作多点（CoMP）和动态Mesh等技术，加强基站间和终端间的协作互助，进一步提升数据传输的可靠性。

（3）5G高频新空口设计

高频新空口通过超大带宽来满足热点高容量场景的极高传输速率要求。同时，高频段覆盖小、信号指向性强，可通过密集部署来达到极高的流量密度。在天线技术方面，将采用大规模天线，通过自适应波束赋形与跟踪，补偿高路损带来的影响，同时还可以利用空间复用支持更多用户，并增加系统容量；在帧结构方面，为满足超大带宽需求，与LTE相比，子载波间隔可增大10倍以上，帧长也将大幅缩短；在波形方面，上下行可采用相同的波形设计，OFDM仍是重要的候选波形，但考虑到器件的影响及高频信道的传播特性，单载波也是潜在的候选方式；在双工方面，TDD模式可更好地支持高频段通信和大规模天线的应用；编码技术方面，考虑到高速率大容量的传输特点，应选择支持快速译码、对存储需求量小的信道编码，以适应高速数据通信的需求。高频新空口对回传链路的要求高，可利用高频段丰富的频谱资源，统一接入与回传链路设计，实现高频基站的无线自回传。此外，为解决高频覆盖差的问题，可采用支持C/U分离的低频与高频融合组网，低频空口可承担控制面功能，高频新空口主要用于用户面的高速数据传输，低频与高频的用户面可实现双连接，并支持动态负载均衡。

（4）4G演进空口设计

4G演进空口将基于LTE/LTE-Advanced技术框架，在帧结构、多天线、多址接入等方面进一步改进优化，从而在保持平滑演进的基础上，满足5G在速率、时延、流量密度和连接数密度等方面的部分需求。在帧结构方面，可减少每个TTI的OFDM符号数量，并引入优化的调度和反馈机制，以降低空口时延；在多天线方面，可以利用三维信道信息实现更精准的波束赋形，支持更多用户和更多流量传输；在多址接入方面，可以利用多用户叠加传输技术和增强的干扰消除算法，提升系统频谱效率及用户容量；针对物联网应用需求，可引入窄带设计方案，以提升覆盖能力，增加设备连接数，并降低功耗和实现成本。此外，4G演进空口应当能够与5G新空口密切协作，通过双连接等方式共同为用户提供服务。