李富强，魏克敏，刘雅红：中国移动通信集团设计院有限公司。
金桦，李昭涵：中国信息通信研究院。
本文主要讲了什么内容？
未来5G的关键技术仍将集中于空中接口部分，基于TD-LTE网络特点，其中一些5G技术可以提前在4G 网络中进行部署应用。本文简要介绍了目前业界讨论得较多的几种5G关键技术，对5G可以4G化的技术进行了着重分析，探讨了这些技术对TD-LTE网络演进的影响，提出了部署思路，从而使网络能更加平滑地过渡到5G。
引言
目前4G已实现了对城区和县城的连续覆盖、乡镇和农村热点区域的有效覆盖，并逐步完善对城区的深度覆盖，以LTE为代表的第四代移动通信技术已经开始普及应用，无线应用数量的增加使得无线数据业务迅猛发展。未来移动终端的数量将远远多于人口数，移动网络将会面对万倍的无线设备连接、千倍的数据业务增长、百倍的用户速率需求、十倍的电池续航需求，目前的4G网络将无法满足上述方面的需求。因此，向用户提供更高速率、更小时延、更低能耗、更好用户体验的下一代移动通信技术（5G）是通信业界普遍关注的领域。虽然目前5G的核心技术尚未确定，但移动通信发展规律的核心是以信息论为基础的无线通信理论。因此，从第一代移动通信开始部署以来，移动网络的技术演进主要在无线传输方面，移动网络的容量提高主要通过增加传输带宽、提高频谱效率和增加基站的密度来实现。5G移动通信技术的突破口仍是更宽的带宽、更高效的无线传输和更先进的组网技术。目前，华为、中兴等主流通信设备厂商都提出了5G的无线解决方案，本文梳理了5G若干关键技术，并讨论了其对于TD-LTE网络演进的影响。
5G关键技术
当前，5G关键技术尚未确定，但已有若干技术热点被产业界看好，这些热点技术包括无线传输信号增强和高效组网技术等。其中，无线传输信号增强技术的深化将有助于增加系统带宽、提高信号有效功率、提高信号传输抗干扰以及提升上下行收发效率。随着这些技术的成熟，5G关键技术会最终确定。
1、高频段传输技术
根据香农定理，提高网络速率最直接的方法就是增加带宽，尤其是成百倍的提速则需要更大的带宽。目前，移动通信使用的频段主要集中在2.6G以下，由于无线通信及其应用的快速发展，低频段资源已十分紧张，难以找到支撑5G发展所需要的大带宽频段。但是，为了保证5G技术的良好体验，无线传输必需具备更大的传输带宽，因此未来5G必须向高频段扩展，尤其是毫米波频段，该频段具有连续的大带宽，频谱资源丰富且干净，可以满足5G的高速传输需求。
2、新型多天线技术
提高有效信号发射功率最直接的方法就是增加天线数量提高信号发射功率。大规模天线阵列和大规模MIMO（Massive MIMO）等技术正是在这种背景下被提出。其中，利用大规模天线阵列技术是基于多用户波束成形的原理，参考了军用相控雷达的思路，在基站端部署几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十路信号，对空间资源充分挖掘，有效利用了宝贵的频谱资源，可以带来阵列增益和干扰抑制增益，使小区总体频谱效率尤其是边缘用户的频谱效率得到大幅提升。同理，大规模MIMO就是基站与手机之间有很多对信道并行传输，每一对天线都独立传送一路信息，汇集后可成倍提速。因此，基于天线长度和波长成正比的天线理论，5G使用的高频段也会将手机上的天线长度大幅降低。大规模天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上，随着5G高频段传输要求的天线长度降低，给大规模MIMO技术的实现带来了发展机会，可以成倍提速、增强覆盖、增加容量、最大限度利用已有的站址资源和频谱资源。
3、非正交传输
频谱资源日益紧缺，因此提高频谱利用率一直是移动通信技术发展的方向。多址技术一直朝着提高频谱效率的方向发展，GSM采用时分和频分相结合的多址接入技术；3G采用直接序列码分多址技术，借助快速功控来解决小区远近问题；4G采用正交频分多址技术，由于多用户正交，小区不存在远近问题，下行没有功控，依靠自适应编码实现链路自适应。从2G到4G，多用户复用一直在时域、频域、码域上进行变革。为了进一步提升频谱效率，学术界提出了非正交多址技术（NOMA），NOMA在OFDM的基础上增加了功率域。NOMA的思想核心是在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰消除（SIC）接收机实现正确解调，即用接收机复杂度的提高换取频谱效率的提升。
4、同时同频全双工
在相同的频谱上，上下行同时发射、接收电磁波信号，利用干扰消除技术消除来自天线的干扰信号，实现同时同频全双工通信，理论上可以提高一倍的信道容量。与通过大量的带宽资源换取提高信道容量的方式不同，同时同频全双工通过对发射信号的抵消处理，可在相同频率同时接收更加微弱的信号，具有重大理论创新意义。
5、新的高效组网方式
5G时代将是一个多网络共存的局面，包括2G、3G、4G、5G、WLAN等多种制式。首先，网络架构将进行重组，基于云计算的C-RAN技术的引入可能会颠覆传统的无线接入网架构；其次，将在宏蜂窝网中布放大量微基站形成超密集立体分层异构网。
若干5G关键技术对TD-LTE网络演进影响分析
以上梳理的关键技术中，高频段传输、非正交传输和同时同频全双工技术目前距离实现还较远，但新型多天线和高效组网得益于技术的发展却可以提前4G化应用，对4G网络的演进有重要的影响。
结束语
5G网络将是一个多网络、多频段、多制式共存的混合网络，一方面4G与5G必然会共存一段时间，另一方面一些5G关键技术可提前4G化应用。本文梳理了5G空口的几种关键技术，着重分析了3D-MIMO、异构密集组网和C-RAN对4G网络演进与网络规划的影响，为后续4G网络规划引入新技术，实现4G到5G平滑升级，保护现有投资，降低网络升级成本提供了思路。
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