２０１７年第１期 胡金泉 （中国电子科技集团总公司第七研究所，广东省广州市５１０３１０） 摘要 阐述５Ｇ（第五代移动通信）的概念和主要特征，详细介绍５Ｇ系统的主要关键技 术，概述国外５Ｇ研发工作的现状，特别是各主要移动通信大国、大型移动通信公司、大型 移动通信研发机构在５Ｇ研发方面的发展现状。介绍我国５Ｇ推进组的主要研究进展和最 新成果，提出我国进一步做好５Ｇ研发工作的建议。 关键词５Ｇ（第五代移动通信）；主要特征；主要关键技术；研发现状与进展 根据预测，２０１０￣２０２０年全球移动数据流量将 ５Ｇ代表着移动技术的演进和．能实现迄今 为止发布的多项高级别目标。普遍认为５Ｇ是一 代能让蜂窝网络扩展至全新使用和垂直市场的无线 技术。５Ｇ技术还能让蜂窝网络进入机器世界．用于 无人驾驶汽车等，并用来连接数以百万计的工业传 感器以及各种可穿戴电子设备。 ５Ｇ与２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ系统不同，它是对现有无线 接人技术（包括２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ、ＷｉＦｉ）的技术演进与新 增补充性无线接入技术集成后的解决方案的总称． 增长２００倍以上，２０１０￣２０３０年将增长近２万倍， 中国的增长量更大，分别为３００倍和４万倍。 物联网将极大扩展５Ｇ（第五代移动通信技术） 业务。移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境 监测等网络将促使物联网的爆发式增长．数以千亿 的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”。 在联网设备数量方面，预计到２０２０年．全球移 动终端数量将超过１００亿，中国将超过２０亿。到 ２０３０年，全球各类联网设备总量将超过１０００亿。 ２０２０年全球物联网设备连接数将接近７０亿． ５Ｇ将是一个真正意义上的融合网络。这个融合统一 的标准将提供人与人、人与物、物与物之间高速、安 全、自由的连接。 中国将接近ｌ５亿；到２０３０年将接近１０００亿．中国 将超过２００亿。 未来移动互联网将为人类提供增强现实、虚拟 现实、超高清（３Ｄ）视频、移动云等更加极致的业务 ５Ｇ具有以下特点：ａ）５Ｇ的网络架构将进一步 体验，推动５Ｇ技术和产业的新变革。 ５Ｇ系统的提出和研发就是为了满足全球移动 扁平化，它将是由功能强大的基站叠加的一个大服 务器集群；更加新型化，如Ｃ—ＲＡＮ（集中化处理居民 通信的强烈需求。 ２０１５年６月２４日，国际电信联盟（ＩＴＵ）公布 ５Ｇ技术的正式名称为ＩＭＴ一２０２０。ＩＭＴ一２０２０是第 接入网）架构。ｂ）５Ｇ的基站将更加小型化，可以安装 于各种场景；具备更强大的功能，将去除传统的汇聚 节点。Ｃ）５Ｇ网络的网速将极大提升，比４Ｇ／ＬＴＥ的 五代移动电话行动通信标准，传输速度是４Ｇ网络 的４０倍．且具有低延时等特性。相关标准将在２０２０ 年制定完成。 峰值传输速率１００ Ｍｂｉｔ／ｓ快１００倍。Ｃ）５Ｇ网络应满 足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随 地接入的要求。 １０ 电Ｏｌ ｌ＇ｌｄ“・ —厂 ｍ 曩 Ｉ 可ｒ＿二二＿＿二＿＿二二】日墨重■ 此，业界认为５Ｇ应是一个广带化、泛存化、 系统的接入能力，能有效支撑５Ｇ网络下亿没备连 智能化、融合化、绿色节能的大通信网络。 接需求 目前，“同时同频双Ｔ”技术已引起业界的广泛 注意，它是在相同的频谱上通信的收发双方同时发 ５Ｇ的火键技术多达ｌ２项 射和接收信号。全双工能够突破ＴＤＤ（时分双＿【 ）、 １）火规模天线阵列技术或新型多天线技术 ＦＤＤ（频分双工）方式的频谱资源他川，使频谱 大规模天线阵列技术是提升系统频谱效率的最 资源的使用更力ｆｌ灵活． 与传统的ＴＤＤ、ＦＤＤ双’『 卡ＩＩ 重要技术手段之一，对满足５Ｇ系统容世千¨速率需 比，“同时同频双ｒⅢ技术在理论Ｌ ｎｒ以他频谱效半 求将起到重要支撑作刚 提高１倍 多天线技术经历了从无源到有源，从二维（２Ｄ） 全双 技术需要极高的干扰消除能力．对ｆ扰 到３维（３Ｄ），从高阶ＭＩＭＯ（多输人多输｝ｆ｛）到大规 消除技术提出了极大挑战 ．任多天线及组网情况Ｉ－， 模阵列，可使频谱效率提升数ｌ０倍甚至更高，足５Ｇ 全双工的难度更大 相邻小 的同频｝：扰也是影响 技术重要的研究方向之一 “同时同频双丁”技术实现的因素之一 有源天线阵列的引人使基站侧的协作天线数量 此外，全频谱接人技术也是需 研发的课题．陔 达到１２８根，还可以将原来的２Ｄ天线阵列拓展成 技术将有效利用符类频谱资源，彳丁效缓解５Ｇ网络 ３Ｄ阵列，形成３Ｄ—ＭＩＭＯ技术 『Ｉ丁支持多川户波束 对频谱资源的巨大需求、 职能赋型，减少Ｈｊ户问１．扰，进一步改善无线信号覆 ４）Ｄ２Ｄ（Ｄｅｖｉｃｅ—ｔｏ—Ｄｅｖｉｃｅ）通信技术 盖性能 Ｄ２Ｄ通信是指两个对等的¨ －－１ 点之问直接 正仵研究的课题包括埘大规模天线信道的测量 进行通信的一种通信方式。在南Ｄ２Ｄ通信用户组成 与建模、阵列没计与校准导频信道、码本及犯规机制 的分布式网络巾，每个Ｊ｝Ｊ户节点都能发送和接收信 研究等。进一步研究容纳更多用户的宅分多址 号，并具有自动路Ｈ１功能 （ＳＤＭＡ）技术，以 著降低发射功率，实现绿色节 传统的蜂窝天线系统的组网疗式足以 站为『ｆｌ 能．提升覆盖能力 、 心实现小区覆盖．基站千¨总基站是无法移动的、随 ２）超密集组网技术 无线多媒体业务的小断增多，传统的以基站为中心 超密集网络能改善网络覆盖，大幅提升系统容 的业务提供方式已经无法满足海艟川户 小同环境 量．并对业务进行分流，网络部署更灵活，频率复用 下的业务需求． ．更高效．足满足５Ｇ千俯容量增长需求的最主要手 Ｄ２Ｄ通信技术无需ｆ｝｝助基站就¨ｒ实现终端川 段之一 的 接通信，拓宽＿ｒ网络连接和接人方式 在Ｄ２Ｄ 在未来５Ｇ通信中，网络走向更多元化、宽带 通信网络巾，用ｒ１节点同时扮演服务器和客户端的 化、综合化、智能化。随着智能终端的普及，数据流量 角色．用户能够意识到彼此的存 ．『１组织地构成一 将井喷式增长 数据业务将主要分布在室内和热点 个虚拟或者实际的群体 地区，这将使超密集网络成为实现５Ｇ的主要手段 Ｄ２Ｄ通信是短距离直接通 ，县彳『岛信道质 之一 未来面向高频段大宽带，将采取更加密集的网 量、高数据、高速率、低时延、低功耗的特点 广泛分 络方案，部署的小小区／啪 将高达ｌ００个以上。 布的终端能改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支 与此同时。愈加密集的网络部署也使得网络拓 持更灵活的网络架构和连接方式，提升链路灵活 扑更加复杂。小ｆ）（干扰已成为制约系统的重要【六１素， 币ｌＩｌ网络可靠性 、 必须着力解决这一问题 、 Ｄ２Ｄ的方案有广播、组播、单播，未来还将研发 ３）新型多址技术 其增强技术，包括基于Ｄ２Ｄ的ｑ１继技术、多天线技 新型多址技术通过发送信号的叠加传输米提升 术、联合编码技术等 睾 ＂ｌ¨【—）ｌ １，ｒｉＩ ’ｌ１ ；…ｔｍ ” １ １ ２０１７年第１期 ５）更加扁平化的新型网络架构和Ｃ．ＲＡＮ研究 ５Ｇ网络将基于ＳＤＮ（软件定义网络）、ＮＦＶ（网 课题．该课题南６家科研机构承担，课题面向５Ｇ物 理层的技术研究．２０１５年２月结束。在２０１２年ｌ １ 月正式启动“ＭＥＴＩＳ”５Ｇ研发项目，投资预算达 ２７００万欧元．南欧盟资助。项目组由２６个成员组 成．其中包括阿尔卡特、朗讯、爱立信、华为、诺基亚、 络功能虚拟化）、云计算及Ｃ．ＲＡＮ等先进技术，实 现更加灵活、智能、高效、开放的，以用户为中心的新 型网络 当前的ＬＴＥ接入网采取网络扁平化设计，减少 了系统时延．降低了建网成本和维护成本。５Ｇ可能 采取Ｃ—ＲＡＮ接入网架构。 Ｃ—ＡＮ是基于集中化处理、协作无线电、实 Ｒ时云计算的绿色无线接入网架构，其基本思想是通 两门子５家通信设备厂商以及德国电信、日本 ＮＴＴ、法同电信、意大利电信、西班牙电信５家电信 运营商．．２０１４年１月正式推出“５Ｇ ＰＰＰ”计划，总预 算ｌ４亿欧元，计划在２０２０年前开发５Ｇ技术，到 ２０２２年正式投入商业运营。欧盟同时积极开展５Ｇ 过充分利用低成本高速光传输，直接在远端天线与 集中化的中心节点问传递无线信号，以构建覆盖上 百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接 人系统。 国际合作，先后与中国、韩国、日本、巴西签署了５Ｇ 联合声明，５ＧＰＰＰ也与中美Ｅｔ韩的５Ｇ组织签署了 合作备忘录。欧盟将于２０ｌ６年底发布５Ｇ行动计 划。并计划于２０１８年启动５Ｇ规模试验．力争在 ２０２０年实现５Ｇ商用．重点将推动５Ｇ与车联网等 垂直行业结合。 英国于２０１２年１０月率先推动同内的５Ｇ技术 Ｃ—ＲＡＮ架构适用于协同技术，能够减少干扰． 降低功率，提升频谱效率。实现动态智能化组网，有 利于降低成本，便于维护和减少运营支 。目前的研 究内容包括Ｃ—ＲＡＮ的架构和功能，如基带池、ＲＲＵ （射频拉远模块）接口定义以及基于Ｃ—ＡＮ的更紧 Ｒ研发１ 作，并建立５Ｇ网络研发中心。ｌ１月，英国信 息通信管理局为移动运营商发放７００ ＭＨｚ频段的 频谱。 ２０ｌ５年９月１５日．设在英国萨里大学的全球 顶级５Ｇ创新中心（５ＧＩＣ）正式成立．华为公司是创 密协作（如基站族、虚拟小区等）。 ６）高频段需求潜在候选频段研究 传统蜂窝频段（ｓｕｂ一６ ＧＨｚ）的频谱将无法满足 未来指数级增长的需求。因此，正在研究超过６ ＧＨｚ 的频段，以便测试在６ ＧＨｚ以上频率分配部署无线 接入的可行性。 全球６ ＧＨｚ以下的总频谱约为数百ＭＨｚ．而 ２０ ＧＨｚ以上的潜在频谱则是数十ＧＨｚ 掌握这些频 谱对实现真正互联的５Ｇ愿景来说至关重要 ． 新中心的创始成员和重要合作伙伴，其他核心成员 包括沃达丰、英同电信、Ｔｅｆｅｆｏｎｉｃａ、ＥＥ、ＢＢＣ、三星、 Ａｅｒｏｆｌｅｘ ＡＩＲＣＯＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｆｕｊ ｉｔｓｕ ＯｆＣｏｍ Ｒｏｈｄｅ＆Ｓｃｈｗａｒｚ等。 华为公司按照业界最先进５Ｇ研究成果建设的 ５Ｇ测试床在英国萨里大学的５ＧＩＣ正式开通．测试 床位于萨里大学吉尔福德校Ｊ ，占地约４ ｋｍｚ．以业 务创新和核心技术验证为目标，旨在建设推动５Ｇ 全球统一标准的产业协作平台。 业界探讨的频段包含较高的频段，如ｌ０ ＧＨｚ、 ２８ ＧＨｚ、３２ ＧＨｚ、４３ ＧＨｚ、４６～５０ ＧＨｚ、５６～７６ ＧＨｚ以及８１～８６ ＧＨｚ。尽管这些频段目前尚处于 提议阶段，但已引起足够重视。 德国于２０１２年６月在德累斯顿科技大学成立 了５Ｇ无线通信系统专门实验室。在物联网领域，将 研究经费增加至７３００万英镑，以实现十亿多的各种 １）欧盟及其主要成员国 设备的低耗电低价格网络连接。 德国计划的第一步是在２０１８年制定５Ｇ频率 商用的框架条件，第二步是建立电信行业与应用行 业之间的对话论坛，第三步是推进５Ｇ研究．使德国 取得技术上的优势，并共同制定未来国际５Ｇ标准， ３Ｇ、４Ｇ期间，欧洲在移动通信领域总体上落后 于亚洲．欧盟希望迅速发展５Ｇ以维持和加强欧洲 的领导地位。 欧盟在２０１２年９月启动了“５Ｇ ＮＯＷ”的研究 １２ 患 ￣ｋ－‘－‘）ｌｌ１ ＂Ａ０－ｈｔ吕石 ｅ Ｉ｛： ２０１７年第１期 第四步是应用项目，如５Ｇ实验城市．联邦可为 此资助２００万欧元，总额超过８０００万欧元的自动驾 驶汽车项目也将促进５Ｇ发展。第五步是促进基础 设施建设，最迟到２０２５年在所有联邦主干道、最少 和企业组成的研究５Ｇ的联盟。美国国家科学 基金会（ＮＳＦ）为其提供８Ｏ万美元资助金，为合作者 企业提供ｌ２０万美元研发资助。 另外．宽带无线接 入技术与应用中心（ＢＷＡＣ）也在积极开展５Ｇ项目 ２０个大城市实现５Ｇ覆盖。德联邦交通多布林 特表示，５Ｇ将成为网络化时代数字核心化技术，德 国希望成为５Ｇ市场引导者。 ２）日本 研发，自２０１３年后的５年．ＢＷＡＣ将获得ＮＳＦ的 ｌ６０万美元及产业界的４００万美元专项资金支持。 今年以来，美国主导的对５Ｇ的投资正在 加速。２０１６年７月１４日，美国联邦通信委员会 （ＦＣＣ）开放２４ ＧＨｚ以上频段用于５Ｇ。包括２８ ＧＨｚ 频段（２７．５－２８．３５ ＧＨｚ）、３７ ＧＨｚ频段（３７～３８．６ ＧＨｚ）、３９ ＧＨｚ频段（３８．６～４０ ＧＨｚ）和６４～７ｌ ＧＨｚ ２０１３年ｌ０月，日本无线工业及商贸联合会 （ＡＲｍ）设立了５Ｇ研究组“２０２０ ａｎｄ Ｂｅｙｏｎｄ Ａｄ Ｈｏｃ”。该研究组对５Ｇ服务、系统构成以及无线接入 技术等进行探讨。主要任务是研究２０２０年及以后移 频段。７月１５日白宫发表推进５Ｇ研究的先进无线 动通信服务、系统概念和主要技术，如用户行为和需 求、频谱、业务预测以及无线接入技术、网络技术等。 据日本ＮＴＴ ＤｏＣｏＭｏ ５Ｇ研究小组负责人奥村 幸彦介绍。从２０１４年５月开始，日本ＮＴＴ ＤｏＣｏＭｏ 电通信研究计划（ＡＷＲＩ）的声明，今后７年将通过 ＮＳＦ投入４亿美元进行５Ｇ研究。ＡＷＲＩ将使用美 同联邦通信委员会（ＦＣＣ）开放的５Ｇ用频率，在美 国４个城市进行５Ｇ技术推广和实验。 与多家企业联合开展了５Ｇ实验。２０１５年ｌ１月２６ 日。该公司与诺基亚网络共同实施了５Ｇ技术实验， 在实际商业设施内以７０ ＧＨｚ频带接收信号．实现 了超过２ Ｇｂｉｔ／ｓ的无线数据传输。实验证明了在客 流量较大的商业设施内也可以进行高速数据传输。 ３）韩国 国际电信联盟（ＩＴＵ）于２０１５年２月开展了５Ｇ 标准的研究工作。ＩＴＵ明确提出：２０１５年中期完成 ＩＭＴ一２０２０国际标准前期研究。２０１６年开展５Ｇ技术 性能需求和评估方法研究。２０１７年底启动５Ｇ候选 方案征集工作．２０２０年底完成ＩＭＴ．２０２０通信标准 制定工作。 韩国在２０１３年６月成立了５Ｇ论坛推进组５Ｇ Ｆｏｒｕｍ 论坛提出了５Ｇ国家战略和中长期发展规 划，并负责研究５Ｇ需求，明确５Ｇ网络和服务的概 念等。 韩国ＭＳ１Ｐ在２０１４年１月宣布建立“未来移动 通信产业发展战略”，并投资１．６万亿韩元用于５Ｇ 核心技术研发。预计将在２０１８年平昌冬奥会上首 次示范５Ｇ应用。 中国的移动通信在３Ｇ时代取得了突破性进 展．建立了具有自主知识产权的标准ＴＤ—ＳＣＤＭＡ， 中国提出的４Ｇ标准ＴＤ．ＬＴＥ成为世界４Ｇ两大标 准之一。为了迎接新一轮的技术、标准及市场竞争， 中国开始全方位布局５Ｇ技术的研发工作。 我国与全球同步推进５Ｇ研发工作。 １）我国率先成立了５Ｇ推进组，全面推进５Ｇ研 发工作。２０１３年２月，工业和信息化部、国家发展和 改革委员会、科学技部成立了“ＩＭＴ．２０２０（５Ｇ）推进 韩国最大电信运营商ＳＫＴ预计在２０１７年部署 ５Ｇ。ＳＫＴ计划在室外环境中用５Ｇ技术试验端到端 解决方案。其中包括用毫米波实现设备与网络间的 高频无线连接，实现ＬＴＥ、５Ｇ和ＷｉＧｉｇ（６０ ＧＨｚ）互 通。网络功能虚拟化，网络分层及分布式核心网络。 组”．提出我国要在５Ｇ标准制定中发挥引领作用的 宏伟目标。 ＳＫＴ的目标是在２０１６年底将关键技术融合．在室 外环境下进行系统的端到端５Ｇ试验。 ４）美国 ２）科学技术部投入１．６亿元人民币，先期启动 国家５Ｇ移动通信系统前期研究开发重点项目。 ３）在２０２０年之前，系统研究５Ｇ领域关键技术， 其中包括体系架构、无线组网与传输、新型天线与射 ２０１２年７月．纽约大学理工学院成立了一个由 ｒ ｒｌ ＇ｅｌｃ￣Ｏ￣１１＂Ｉｌ；１ｌ［１ＩＯｌＩ －２０１７年第１期 频、新频谱开发与利用，完成性能评估和原型系统设 计，进行技术试验和测试，实现支持业务总速率１０ 三位主角是中国华为公司主推的Ｐｏｌａｒ Ｃｏｄｅ（极化 码）方案，美国高通公司主推的ＬＤＰＣ方案，法国主 推的Ｔ ｕｒｂｏ２．０方案。最终，华为公司的Ｐｏｌａｒ方案 从两大竞争对手中胜出。 Ｇｂｉｔ／ｓ．频谱和功率效率比４Ｇ系统提升１倍。 我国地区在２０１４年１月召开了“５Ｇ发展 产业策略会议”，成立了专职部门推动５Ｇ长期发 展。策略会议达成了３项共识：ａ）建立学术界、法人 和产业界有效的互动选题机制，消除产学鸿沟。ｂ）建 立有效的智财专利策略，免受国际专利战干扰。ｃ）建 立国际化的测验场域，验证新创产品的有效性。 随着未来移动互联网和物联网业务的井喷式增 长，３Ｇ、４Ｇ和其他通信网络已无法满足社会日益增 长的通信需求。５Ｇ将以其显著特征和技术优势及可 持续发展的模式 满足未来超千倍的移动数据增长 需求，并将为用户提供光纤般的接入速率、零时延的 使用体验、千亿设备的连接能力、超高的流量密度和 连接数密度、超高的移动性和多场景的服务。使各类 业务和用户感知智能优化，并为未来的网络带来百 倍的能效提升 几个部门成立了规划小组，近期推出了（（２０２０年 ＴＷ．５Ｇ战略方案》。 当前国内５Ｇ研究进展情况：ａ）推进组已基本 完成５Ｇ愿景和需求研究，并发布了，ｂ）初步 完成了５Ｇ潜在关键技术的研究分析工作。Ｃ）提出 了５Ｇ概念和技术路线。ｄ）完成了２０２０年我国移动 通信频谱需求预测和６ ＧＨｚ以下候选频段的研究 工作。 当前。业界已经达成共识。全球将于２０２０年左 右实现５Ｇ商用。为了实现这一目标，３ＧＰＰ已在 ２０１６年初启动５Ｇ标准研究。２０１８年完成包含部分 功能的第一版５Ｇ技术标准。并将于２０１９年底完成 满足ＩＴＵ要求的５Ｇ完整标准。 迄今为止。中国５Ｇ推进组已经有５５个成员。 其中包括运营商、厂商、研究院及大专院校。中国５Ｇ 推进组中有两家外国公司。 为加强５Ｇ的国际合作、双边合作，２０１５年１０ 月在里斯本签订了５Ｇ国际合作谅解备忘录。 ２０１３年以来，中国ＩＭＴ．２０２０（５Ｇ）推进组已经 发布了四个，其中包括《５Ｇ的愿景和需求》、 相信在国家５Ｇ推进组的统一领导组织下．我 国５Ｇ的同步推进工作将会取得顺利进展。 胡金泉（１９４２一），男，高级工程师，中国电子学 会高级会员，曾主编出版《移动通信和小型化技术》， 与郑碧月教授合编大学教材《移动通信与技术》，发 表移动通信专业论文、译文１００余篇，主要研究方向 为移动通信系统和技术。 收稿日期：２０１６．１１．１６ 《５Ｇ的概念》、《５Ｇ的无线技术架构》和２０１６年６月 发布的《５Ｇ的网络技术架构》。 美国时间２０１６年ｌ１月１７日、国际无线标准化 机构３ＧＰＰ的ＲＡＮＩ（无线物理层）８７次会议在美国 拉斯维加斯召开，就５Ｇ短码方案进行讨论。会议的 ：：：０：：： ：：０ ０：：：：：：： ：： ０００：： 盎：： ０： 下期要 目预告 传感器移动云计算研究 简谈Ｉ【）Ｃ机房规划发展与实施 ＮＰＳ用户群网络感知保障运营体系研究 ：＝；＝：：： ：：：：：：：＝：：：； ：：：：：：：：：：：；：：：：： ； ： ８ｏ０Ｍ ＬＴＥ网络容量分析 基于ＳＯＡ的城市应急指挥系统 基于微小基站的城中村深度覆盖解决方案 ：：＝：：：：＝＝：：：： ；‘；：；：：：： ：＝：：：二：＝ ： ＝：： １４ Ｆ ｃｌ ｏ Ｉ１ ｒ‘ ｛，ｒ一，‘．ｈ●－， —ｌｌ（）ｌＩｌｌａｔｌＯＩ ／Ｉ’
