第五代移动通信

1、第五代移动通信1. 研究意义移动通信的发展已经经历了几代。从只能提供话音业务的第一代模拟移动 通信（模拟蜂窝）到第二代数字移动通信（数字蜂窝） ，再到第三代移动多媒体 通信（3G）。在3G才刚刚普及的时候，第四代移动通信（4G）已然来临。而日 益增长的数据流量以及智能终端的普及，导致 4G 在容量、速率、频谱等方面 已经不能满足人们对网络的需求，基于此，第五代移动通信网络（5G）应运而生。5G 是面向 2020 年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。根据 移动通信的发展规律， 5G 将具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率和资 源利用率等方面较 4G 移动通信提高一个量级或更高，其无线

2、覆盖性能、传输 时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。 5G 移动通信将与其他无线 移动通信技术密切结合，构成新一代无所不在的移动信息网络，满足未来 10 年 移动互联网流量增加 1000 倍的发展需求。因此，需要我们开展研究，明确 5G 的业务和关键技术指标，为 5G 技术发展和系统设计指引方向。2. 国内外发展动态5G 已经成为国内外移动通信领域的研究热点。 2013年初欧盟在第 7框架计 划启动了面向 5G 研发的 METIS （mobile and wireless communications enablers for the 2020 in formation society

3、）项目， 由包括我国华为公司等 29 个参加方共同承担 ; 韩国和中国分别成立了 5G技术论坛和IMT-2020（5G推隹进组，我国863计划也分 别于 2013年 6月和 2014年3月启动了 5G 重大项目一期和二期研发课题。目前， 世界各国正就5G的发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标及使能技术 进行广泛的研讨，力求在 2015年世界无线电大会前后达成共识，并于 2016年后 启动有关标准化进程。在过去的15年中，我国相继启动了 3G和4G移动通信863重大研究计划，并 推动实施了国家中长期发展规划“新一代宽带无线移动通信网”重大专项，极 大地促进了我国移动通信技术水平的提高，实现

4、了我国移动通信技术研发与产 业化的跨越式发展。在分布式无线组网基础理论等方面做出了一系列有重要国 际影响的研究成果，我国所倡导的 TD 技术入选国际标准，华为、中兴等一批企 业的全球移动通信市场份额已位居世界最前列，移动通信产业已经成为国内具 有国际竞争力的规模性高技术产业之一。5G移动通信发展是全球移动通信领域新一轮技术竞争的开始。及早布局、 构造开放式研发环境 ,力争在未来 5G 技术与商业竞争中的获得领先优势，已成为 我国信息技术与产业未来发展最为重要的任务之一。 2013 年初，在政府部门的 大力支持下，成立了面向5G移动通信研究与发展的IMT-2020推进组，明确5G发 展愿景、业务

5、、频谱与技术需求，研究 5G主要技术发展方向及使能技术，形成 5G移动通信技术框架，协同产学研用各方力量，积极融入国际5G发展进程，为2015 年之后全面参与 5G 移动通信技术标准制定打下坚实的技术基础。“新一代 宽带无线移动通信”重大专项在推动 LTE产业化的同时，开展了 LTE的后续演进 与无线新技术的研究，力争在5G国际标准化的候选技术上产生更多的自主知识 产权，为我国布局5G关键技术的研究做了起步的工作。国家 973计划也部署了 移动网络体系创新的研究课题。2013年6月，国家863计划启动了 5G移动通信系统先期研究一期重大项目， 其总体目标是 : 面向 2020 年移动通信应用需

6、求，研究 5G 网络系统体系架构、无 线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术，完成 性能评估及原型系统设计，开展无线传输技术试验，支持业务总速率达 10Gbps,空中接口频谱效率和功率效率较4G提升10倍。主要研究任务包括：5G 无线网络构架与关键技术研发、5G无线传输关键技术研发、5G移动通信系统 总体技术研究及5G移动通信技术评估与测试验证技术研究等。拟采取的主要技 术路线包括 ： 重点突破高密度、高通量、超蜂窝无线网络技术，基于大规模协 作天线的超高速率、超高效能无线传输技术、新型射频技术等关键核心技术， 解决基于超微小区的网络协同与干扰消除等关键问题，将单位面积

7、系统容量提 高 25 倍左右 ; 突破大规模天线高维度信道建模与估计以及复杂度控制等关键问 题，开展无线传输技术实验，将无线传输频谱效率和功率效率提升一个量级 ; 开展高频段等新型频谱资源无线传输与组网关键技术研究，将移动通信系统总的可用频谱资源扩展 4 倍左右。项目共设立 7 个课题，其中大规模协作和高效能 无线传输技术研究开发分别由东南大学和电信科学技术研究院牵头承担 ; 高密 度、高通量、超蜂窝无线网络技术研究开发分别北京邮电大学、华为公司和清 华大学牵头承担；总体技术研究由电信研究院牵头承担；技术评估与测试验证 技术研究由上海无线通信研究中心牵头承担。项目成立总体专家组，负责 5G 移

8、 动通信 863 计划的综合推进、技术实施与协调等，进行 5G 技术框架体系的规划 以及5G技术研发的顶层设计；拟设立IMT-2020推进对口工作组，包括频谱研究 工作组、业务需求研究工作组，技术标准前期研究工作组，以及知识产权工作 组等；拟构建面向 5G 发展的技术创新与产业发展联盟，研究 5G 知识产权管理与 协作机制等，探索 5G 移动通信技术、产业与商业应用的新模式、新途径，以及 上下游衔接的高效协调机制；拟构建面向 5G 的国际性论坛，推动国际技术交流 与合作研究，不断扩大我国移动通信的国际影响力。3. 关键技术5G 有六大关键技术，分别为：高频段传输技术、新型多天线传输技术、同 时

9、同频全双工技术、 D2D 技术、密集组网和超密集组网技术以及新型网络架构 技术。3.1高频段传输移动通信系统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源十分拥挤， 而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱 资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持 5G 容量和传输速率等方 面的需求。高频段在移动通信中的应用时未来的发展趋势，业界对此高度关注。足够 量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通 信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影 响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。监测中心目

10、前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科学规划，统筹兼顾，从而使 宝贵的频谱资源得到最优配置。3.2新型多天线传输多天线技术经历了从无源到有源，从二维(2D)到三维(3D),从高阶 MIMO 到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目 前 5G 技术重要的研究方向之一。由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128 根。此外，原来的 2D 天线阵列拓展成为 3D 天线阵列，形成新颖的 3D-MIMO 技术， 支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一 步改善无线信号覆盖性能

11、。目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导 频信道、码本及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多的用户空分多址(SDMA),显著降低发射功率，实现绿色节能，提升覆盖能力。3.3同时同频全双工最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术，在相 同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的 TDD和FDD双工 方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高 1 倍。全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源 的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰 消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题

12、。在多天线及 组网场景下，全双工技术的应用难度更大。3.4终端直通技术( D2D)传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及 中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务 不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展 网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高， D2D 能够实现较高 的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖， 实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活 性和网络可靠

13、性。目前， D2D 采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其 增强技术，包括基于 D2D 的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。3.5密集网络在未来的 5G 通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、 智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。 未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来 5G 的 1000 倍流量需求的主要手段之一。超密集网络能够改善网络覆盖，大幅 度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频 率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区 / 扇区将高达 10

14、0 个以上。与此同时，愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区间干扰已 经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。干扰消除、小 区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是 目前密集网络方面的研究热点。3.6新型网络架构目前，LTE接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成 本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、 协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RA N的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间 传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域

15、，甚至上百平方公里的无线接 入系统。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱 效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于 维护，减少运营支出。目前的研究内容包括 C-RAN的架构和功能，如集中控制、 基带池RRU接口定义、基于C-RAN的更紧密协作，如基站簇、虚拟小区等。全面建设面向 5G 的技术测试评估平台能够为 5G 技术提供高效客观的评估 机制，有利于加速 5G 研究和产业化进程。 5G 测试评估平台将在现有认证体系 要求的基础上平滑演进，从而加速测试平台的标准化及产业化，有利于我国参 与未来国际 5G 认证体系，为 5G 技术的发展搭建

16、腾飞的桥梁。4. 个人体会通俗的说，中国移动通信的发展历程就是，从 1G 时代的标志大哥大，到 人类历史上第一条短信诞生，接着 2002 年中国诞生彩信并跨入 2.5G 时代，我 们可以通过GPR够动上网，再到2008年我国有了自己的3G,然后2012年 ITU 正式通过了 4G 标准，中国移动在广州等 13 个城市大规模测试 4G 网络，再 到如今的 5G 概念的提出。个人体会最多的是 3G 网络该来的更多生活方式的改变，可以随时了解最 新资讯，融入更广阔的社交网络中随时随地的和好友聊天、分享新鲜事。虽说 5G 的概念已经提出，但是目前大多数人用的仍然是 2G 和 3G， 4G 的 使用者仍在少数。俗话说， “2G 没淘汰、 3G 未普及、 4G 刚露脸、 5