大唐电信集团陈山枝：如何实现中国“5G引领”的战略目标

　　(2)动态频谱共享技术

　　据产业界预测，到2020年移动通信频率需求总量为1 390~1 960 MHz，我国预测结果为1 490~1 810 MHz，频率缺口达到1 GHz。频率短缺矛盾凸显，虽经IMT产业界努力争取，但从2015年国际无线电大会(WRC-15)会议结果看，没有任何一个国家和地区新划分的总量超过300 MHz，远不能满足5G需求。况且，期望WRC-19最终获得的频率划分并不乐观。

　　美国频谱政策工作组(SPTF)调查表明：85%已规划的无线电频率在不同时间和地区部分或全部未被使用。欧洲的频谱测量表明：400 MHz~3 GHz频段的频率利用率低于11%。因此，在频率资源越来越紧张的情况下，为满足5G需求，在尽力争取更多IMT专用频谱外，提高已有IMT频谱的使用效率尤为重要。引入新型的频谱管理理念，通过频谱共享技术结合5G其他关键技术，可联合使用现有IMT频段和高频段来满足5G需求。

　　频谱共享的主要应用场景包括：运营商内无线接入技术(RAT)间的频谱共享、运营商间频谱共享、免授权频段的频谱共享和次级接入频谱共享等，缓解运营商频谱过饱或过闲置，提升运营商总频谱资源使用效率。

　　频谱共享技术具备跨不同网络或系统的最优动态频谱配置和管理功能，具备智能自主接入网络和网络间切换的自适应性功能，目标是实现高效、动态和灵活的频谱使用，以提升空口效率、系统覆盖层次和密度等，从而提高频谱综合利用效率。

　　认知无线电指通过对空闲频谱的探测与机会式占用，在扩展系统自身可用频谱资源的同时，保证对所占用频谱的原授权系统无有害干扰。频谱共享是更广义的频谱使用技术，包括异系统间、多RAT间、系统内小区间和不同制式间等的频谱共享。共享者之间可以是对频谱具有相同占用等级或者不同占用等级。在频谱共享技术中，可以利用认知无线电技术进行频谱探测，也可以通过对频谱数据库的查询来获取可用频谱资源，继而进行高效的频谱管理，使得频谱资源在共享者之间得到最大化的利用率。

　　目前，频谱共享技术需要研究的关键技术与问题，包括新型网络架构及新增的无线接口设计、频谱检测机制和算法、数据库结构和频谱地图生成与管理、频谱资源的高效管理与分配、支持灵活带宽和工作频点的新型射频和多系统整合带来的安全性技术问题等。从工程实现上，对基带算法与器件能力提出了更高要求。另外，频谱共享技术需要国家频谱管理政策的支持，研究新的经济模型，制定新的使用规则、安全策略等。

　　3.6 多种RAT与虚拟RAT

　　目前，产业界达成共识：5G将包含LTE演进和新无线空口。LTE演进在第5.1节会有介绍。针对5G新空口，由于5G的不同场景应用(eMBB、mMTC和cMTC等)需求差异很大，很难通过一种RAT实现。因此不会像1G至4G时某一制式是单一RAT，而5G极可能是一个多RAT的时代。从另一角度看，1G至4G是多个标准制式/体系(如2G时的GSM和CDMA)间的竞争，而在5G时，极可能变成了一个标准体系内不同RAT间的竞争。

　　在5G多RAT情况下，笔者团队提出了虚拟RAT(virtual RAT)，包括总体架构与协议栈，通过控制面和用户面分离定义无线空口集实现多个异构RAT协同，提供灵活和可定制的接入网。

　　4、5G网络关键技术

　　从技术标准架构看，5G网络技术涉及移动性管理、接入控制、连接管理等功能。我国IMT-2020(5G)推进组梳理了5G核心网络的系列关键技术，主要有控制转发分离、控制功能重构、新型连接管理和移动性管理、移动边缘内容与计算、按需组网、统一的多无线接入技术融合、无线网状网和动态自组织网络、无线资源调度与共享、用户和业务的感知与处理、定制化部署和服务以及网络能力开放等关键技术。

　　传统的移动通信网络难以做到网络资源的动态调整和按需分配，无法实现根据用户和业务需求进行可编程操作，造成部署新业务的周期长、成本高等。5G网络将向扁平化方向发展，控制与转发分离的软件定义网络(SDN)、硬件与软件分离的网络功能虚拟化(NFV)成为5G网络的关键支撑技术，以实现5G网络能根据业务需求灵活动态组网、提升网络整体效率和降低总成本。

　　4.1 软件定义网络和网络功能虚拟化

　　SDN始于学术研究和数据中心，是一种网络设计理念和新型开放网络架构，具有控制与转发分离、控制逻辑集中和网络可编程三大特征。控制器具有全局网络信息，负责调度网络资源和制定转发规则等，网络设备仅提供简单的数据转发功能。层间采用开放的统一接口(如OpenFlow等)进行交互，这样有利于实现网络连接的可编程。