5g系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1、2017年第1期0引言根據(jù)預(yù)測，2010～2020年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將增長200倍以上，2010～2030年將增長近2萬倍，中國的增長量更大，分別為300倍和4萬倍。物聯(lián)網(wǎng)將極大擴(kuò)展5G（第五代移動(dòng)通信技術(shù)）業(yè)務(wù)。移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等網(wǎng)絡(luò)將促使物聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)式增長，數(shù)以千億的設(shè)備將接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量方面，預(yù)計(jì)到2020年，全球移動(dòng)終端數(shù)量將超過100億，中國將超過20億。到2030

2、年，全球各類聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總量將超過1000億。2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)將接近70億，中國將接近15億；到2030年將接近1000億，中國將超過200億。未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將為人類提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清（3D）視頻、移動(dòng)云等更加極致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，推動(dòng)5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的新變革。5G系統(tǒng)的提出和研發(fā)就是為了滿足全球移動(dòng)通信的強(qiáng)烈需求。2015年6月24日，國際電信聯(lián)盟（ITU）公布5G技術(shù)的正式名稱為IMT2020。IMT2020是第五代移

3、動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速度是4G網(wǎng)絡(luò)的40倍，且具有低延時(shí)等特性。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將在2020年制定完成。15G的概念5G代表著移動(dòng)技術(shù)的演進(jìn)和革命，能實(shí)現(xiàn)迄今為止發(fā)布的多項(xiàng)高級(jí)別目標(biāo)。普遍認(rèn)為5G是一代能讓蜂窩網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展至全新使用和垂直市場的無線技術(shù)。5G技術(shù)還能讓蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入機(jī)器世界，用于無人駕駛汽車等，并用來連接數(shù)以百萬計(jì)的工業(yè)傳感器以及各種可穿戴電子設(shè)備。5G與2G、3G、4G系統(tǒng)不同，它是對(duì)現(xiàn)有無線接入技術(shù)（包括2G、3G、4G、Wi

4、Fi）的技術(shù)演進(jìn)與新增補(bǔ)充性無線接入技術(shù)集成后的解決方案的總稱，5G將是一個(gè)真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)融合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)將提供人與人、人與物、物與物之間高速、安全、自由的連接。25G的主要特點(diǎn)5G具有以下特點(diǎn)：a）5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將進(jìn)一步扁平化，它將是由功能強(qiáng)大的基站疊加的一個(gè)大服務(wù)器集群；更加新型化，如CRAN（集中化處理居民接入網(wǎng)）架構(gòu)。b）5G的基站將更加小型化，可以安裝于各種場景；具備更強(qiáng)大的功能，將去除傳統(tǒng)的匯聚節(jié)點(diǎn)。c）5G網(wǎng)絡(luò)的

5、網(wǎng)速將極大提升，比4GLTE的峰值傳輸速率100Mbits快100倍。c）5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足超大帶寬、超高容量、超密站點(diǎn)、超可靠性、隨時(shí)隨地接入的要求。5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀胡金泉（中國電子科技集團(tuán)總公司第七研究所，廣東省廣州市510310）摘要闡述5G（第五代移動(dòng)通信）的概念和主要特征，詳細(xì)介紹5G系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)，概述國外5G研發(fā)工作的現(xiàn)狀，特別是各主要移動(dòng)通信大國、大型移動(dòng)通信公司、大型移動(dòng)通信研發(fā)機(jī)構(gòu)在5G研發(fā)方面的

6、發(fā)展現(xiàn)狀，介紹我國5G推進(jìn)組的主要研究進(jìn)展和最新成果，提出我國進(jìn)一步做好5G研發(fā)工作的建議。關(guān)鍵詞5G（第五代移動(dòng)通信）；主要特征；主要關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)現(xiàn)狀與進(jìn)展技術(shù)交流102017年第1期5）更加扁平化的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和CRAN研究5G網(wǎng)絡(luò)將基于SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）、云計(jì)算及CRAN等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更加靈活、智能、高效、開放的，以用戶為中心的新型網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前的LTE接入網(wǎng)采取網(wǎng)絡(luò)扁平化設(shè)計(jì)，減少了系統(tǒng)時(shí)延，降低了

7、建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。5G可能采取CRAN接入網(wǎng)架構(gòu)。CRAN是基于集中化處理、協(xié)作無線電、實(shí)時(shí)云計(jì)算的綠色無線接入網(wǎng)架構(gòu)，其基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸，直接在遠(yuǎn)端天線與集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳遞無線信號(hào)，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入系統(tǒng)。CRAN架構(gòu)適用于協(xié)同技術(shù)，能夠減少干擾，降低功率，提升頻譜效率。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)智能化組網(wǎng)，有利于降低成本，便于維護(hù)和減少運(yùn)營支出。目前的研究內(nèi)容包括CRAN的架構(gòu)和功能，

8、如基帶池、RRU（射頻拉遠(yuǎn)模塊）接口定義以及基于CRAN的更緊密協(xié)作（如基站族、虛擬小區(qū)等）。6）高頻段需求潛在候選頻段研究傳統(tǒng)蜂窩頻段（sub6GHz）的頻譜將無法滿足未來指數(shù)級(jí)增長的需求。因此，正在研究超過6GHz的頻段，以便測試在6GHz以上頻率分配部署無線接入的可行性。全球6GHz以下的總頻譜約為數(shù)百M(fèi)Hz，而20GHz以上的潛在頻譜則是數(shù)十GHz。掌握這些頻譜對(duì)實(shí)現(xiàn)真正互聯(lián)的5G愿景來說至關(guān)重要。業(yè)界探討的頻段包含較高的頻段，

9、如10GHz、28GHz、32GHz、43GHz、46~50GHz、56~76GHz以及81~86GHz。盡管這些頻段目前尚處于提議階段，但已引起足夠重視。4國外5G研發(fā)的概況和進(jìn)展1）歐盟及其主要成員國3G、4G期間，歐洲在移動(dòng)通信領(lǐng)域總體上落后于亞洲，歐盟希望迅速發(fā)展5G以維持和加強(qiáng)歐洲的領(lǐng)導(dǎo)地位。歐盟在2012年9月啟動(dòng)了“5GNOW”的研究課題，該課題由6家科研機(jī)構(gòu)承擔(dān)，課題面向5G物理層的技術(shù)研究，2015年2月結(jié)束。在201

10、2年11月正式啟動(dòng)“METIS”5G研發(fā)項(xiàng)目，投資預(yù)算達(dá)2700萬歐元，由歐盟資助。項(xiàng)目組由26個(gè)成員組成，其中包括阿爾卡特、朗訊、愛立信、華為、諾基亞、西門子5家通信設(shè)備廠商以及德國電信、日本NTT、法國電信、意大利電信、西班牙電信5家電信運(yùn)營商。2014年1月正式推出“5GPPP”計(jì)劃，總預(yù)算14億歐元，計(jì)劃在2020年前開發(fā)5G技術(shù)，到2022年正式投入商業(yè)運(yùn)營。歐盟同時(shí)積極開展5G國際合作，先后與中國、韓國、日本、巴西簽署了5G

11、聯(lián)合聲明，5GPPP也與中美日韓的5G組織簽署了合作備忘錄。歐盟將于2016年底發(fā)布5G行動(dòng)計(jì)劃，并計(jì)劃于2018年啟動(dòng)5G規(guī)模試驗(yàn)，力爭在2020年實(shí)現(xiàn)5G商用，重點(diǎn)將推動(dòng)5G與車聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)結(jié)合。英國于2012年10月率先推動(dòng)國內(nèi)的5G技術(shù)研發(fā)工作，并建立5G網(wǎng)絡(luò)研發(fā)中心。11月，英國信息通信管理局為移動(dòng)運(yùn)營商發(fā)放700MHz頻段的頻譜。2015年9月15日，設(shè)在英國薩里大學(xué)的全球頂級(jí)5G創(chuàng)新中心（5GIC）正式成立，華為公司是創(chuàng)

12、新中心的創(chuàng)始成員和重要合作伙伴，其他核心成員包括沃達(dá)豐、英國電信、Tefefonica、EE、BBC、三星、Aeroflex、AIRCOMInternational、Fujitsu、OfCom、Rohde&Schwarz等。華為公司按照業(yè)界最先進(jìn)5G研究成果建設(shè)的5G測試床在英國薩里大學(xué)的5GIC正式開通，測試床位于薩里大學(xué)吉爾福德校區(qū)，占地約4km2，以業(yè)務(wù)創(chuàng)新和核心技術(shù)驗(yàn)證為目標(biāo)，旨在建設(shè)推動(dòng)5G全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)協(xié)作平臺(tái)。德國于2