羅志年副教授zhinianluo@BroadbandWirelessCommunications寬帶無(wú)線通信專(zhuān)題一第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）閱讀IMT-2020（5G）推進(jìn)組[1]5GVisionandRequirements[2]WhitePaperon5GConcept[3]5GWirelessTechnologyArchitectureWhitePaper[4]5GNetworkTechnologyArchitectureWhitePaper[5]DAstely,EDahlman,GFodoretal.LTErelease12andbeyond[AcceptedFromOpenCall].IEEECommunicationsMagazine,vol.51,pp.154-160,2013.[6]PHKuo.Newphysicallayerfeaturesof3GPPLTErelease-13[IndustryPerspectives].IEEEWirelessCommunications,vol.22,pp.4-5,2015.[7]JLee,Y.Kim,Y.Kwak,etal.LTE-advancedin3GPPRel-13/14:anevolutiontoward5G,"IEEECommunicationsMagazine,vol.54,pp.36-42,2016.100MHz帶寬、1Gbps的峰值吞吐量，8X8天線配置5G時(shí)間工作計(jì)劃（timeplan）Rel8,9LTERel1011

12LTE-Advancedworkitem工作項(xiàng)目Enhancement增強(qiáng)Studyitem研究項(xiàng)目3GPP3rdGenerationPartnershipProject3GPP成立于1998年12月，多個(gè)電信標(biāo)準(zhǔn)組織伙伴簽署了《第三代伙伴計(jì)劃協(xié)議》。3GPP最初的工作范圍是為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)制定全球適用技術(shù)規(guī)范和技術(shù)報(bào)告。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)基于的是發(fā)展的GSM核心網(wǎng)絡(luò)和它們所支持的無(wú)線接入技術(shù)，主要是UMTS。隨后3GPP的工作范圍得到了改進(jìn)，增加了對(duì)UTRA長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)的研究和標(biāo)準(zhǔn)制定。目前歐洲ETSI、美國(guó)TIA、日本TTC、ARIB、韓國(guó)TTA以及我國(guó)CCSA作為3GPP的6個(gè)組織伙伴（OP）。目前獨(dú)立成員有300多家，此外，3GPP還有TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（TDIA）、TD-SCDMA論壇、CDMA發(fā)展組織（CDG）等13個(gè)市場(chǎng)伙伴（MRP）。3GPP的組織結(jié)構(gòu)中，最上面是項(xiàng)目協(xié)調(diào)組（PCG），由ETSI、TIA、TTC、ARIB、TTA和CCSA6個(gè)OP組成，對(duì)技術(shù)規(guī)范組（TSG）進(jìn)行管理和協(xié)調(diào)。3GPP共分為4個(gè)TSG（之前為5個(gè)TSG，后CN和T合并為CT），分別為T(mén)SGGERAN（GSM/EDGE無(wú)線接入網(wǎng)）、TSGRAN（無(wú)線接入網(wǎng)）、TSGSA（業(yè)務(wù)與系統(tǒng)）、TSGCT（核心網(wǎng)與終端）。每一個(gè)TSG下面又分為多個(gè)工作組。如負(fù)責(zé)LTE標(biāo)準(zhǔn)化的TSGRAN分為RANWG1（無(wú)線物理層）、RANWG2（無(wú)線層2和層3）、RANWG3（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和接口）、RANWG4（射頻性能）和RANWG5（終端一致性測(cè)試）5個(gè)工作組。3GPP3rdGenerationPartnershipProject3GPP制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以Release作為版本進(jìn)行管理，平均一到兩年就會(huì)完成一個(gè)版本的制定，從建立之初的R99，之后到R4，目前已經(jīng)發(fā)展到R13。3GPP對(duì)工作的管理和開(kāi)展以項(xiàng)目的形式，最常見(jiàn)的形式是StudyItem和WorkItem。3GPP對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文本采用分系列的方式進(jìn)行管理，如常見(jiàn)的WCDMA和TD-SCDMA接入網(wǎng)部分標(biāo)準(zhǔn)在25系列中，核心網(wǎng)部分標(biāo)準(zhǔn)在22、23和24等系列中，LTE標(biāo)準(zhǔn)在36系列中等。3GPP3rdGenerationPartnershipProject中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ChinaCommunicationsStandardsAssociation，CCSA)于2002年12月18日在北京正式成立。該協(xié)會(huì)是國(guó)內(nèi)企、事業(yè)單位自愿聯(lián)合組織起來(lái)，經(jīng)業(yè)務(wù)主管部門(mén)批準(zhǔn)，國(guó)家社團(tuán)登記管理機(jī)關(guān)登記，開(kāi)展通信技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的非營(yíng)利性法人社會(huì)團(tuán)體。CCSA由會(huì)員大會(huì)、理事會(huì)、技術(shù)專(zhuān)家咨詢委員會(huì)、技術(shù)管理委員會(huì)、若干技術(shù)工作委員會(huì)和秘書(shū)處組成。其中主要開(kāi)展技術(shù)工作的技術(shù)工作委員會(huì)（簡(jiǎn)稱TC）理事長(zhǎng)：鄔賀銓副理事長(zhǎng)：聞庫(kù)、楊澤民、曹淑敏

名譽(yù)理事長(zhǎng)：朱高峰、宋直元

高級(jí)顧問(wèn)：周寶信中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化國(guó)際電信聯(lián)盟是聯(lián)合國(guó)的一個(gè)重要專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，是聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)中歷史最長(zhǎng)的一個(gè)國(guó)際組織。簡(jiǎn)稱國(guó)際電聯(lián)、電聯(lián)或ITU。國(guó)際電聯(lián)是主管信息通信技術(shù)事務(wù)的聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)分配和管理全球無(wú)線電頻譜與衛(wèi)星軌道資源，制定全球電信標(biāo)準(zhǔn)，向發(fā)展中國(guó)家提供電信援助，促進(jìn)全球電信發(fā)展。作為世界范圍內(nèi)聯(lián)系各國(guó)政府和私營(yíng)部門(mén)的紐帶，國(guó)際電聯(lián)通過(guò)其麾下的無(wú)線電通信、標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展電信展覽活動(dòng)，而且是信息社會(huì)世界高峰會(huì)議的主辦機(jī)構(gòu)。國(guó)際電聯(lián)總部設(shè)于瑞士日內(nèi)瓦，其成員包括193個(gè)成員國(guó)和700多個(gè)部門(mén)成員及部門(mén)準(zhǔn)成員和學(xué)術(shù)成員。每年的5月17日是世界電信日(WorldTelecommunicationDay)。2014年10月23日，趙厚麟當(dāng)選國(guó)際電信聯(lián)盟新一任秘書(shū)長(zhǎng)，成為國(guó)際電信聯(lián)盟150年歷史上首位中國(guó)籍秘書(shū)長(zhǎng)，已于2015年1月1日正式上任，任期四年。國(guó)際電信聯(lián)盟InternationalTelecommunicationUnionITU是聯(lián)合國(guó)的15個(gè)專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)之一，但在法律上不是聯(lián)合國(guó)附屬機(jī)構(gòu)，它的決議和活動(dòng)不需聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn)，但每年要向聯(lián)合國(guó)提出工作報(bào)告。ITU的組織結(jié)構(gòu)主要分為電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén)（ITU-T）、無(wú)線電通信部門(mén)（ITU-R）和電信發(fā)展部門(mén)（ITU-D）。ITU每年召開(kāi)1次理事會(huì)，每4年召開(kāi)1次全權(quán)代表大會(huì)、世界電信標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)和世界電信發(fā)展大會(huì)，每2年召開(kāi)1次世界無(wú)線電通信大會(huì)。國(guó)際電信聯(lián)盟InternationalTelecommunicationUnion標(biāo)準(zhǔn)程序在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織中，提出標(biāo)準(zhǔn)建議稿的立項(xiàng)方式和立項(xiàng)定位大體分為以下五種情況：1．提案被采納，作某一重要標(biāo)準(zhǔn)的修訂的一部分，或幾段；2．提案被采納，作某一重要標(biāo)準(zhǔn)的更正；3．提案被采納，作某一重要標(biāo)準(zhǔn)的修訂的一部分，與其它幾個(gè)部分共同組成一個(gè)重要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；4．提案被采納，作某一重要標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充；5．提案被采納，作某一個(gè)獨(dú)立的重要標(biāo)準(zhǔn)，如X.85、X.86。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的影響非常大，一般一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)從提出文稿到批準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)至少需要兩年，往后的3-5年需要對(duì)它進(jìn)行不斷的維護(hù)和完善。被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)需要得到189個(gè)國(guó)家和600多個(gè)工業(yè)組織及眾多廠商的認(rèn)可。所以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂是涉及到重大創(chuàng)新、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、市場(chǎng)、開(kāi)發(fā)的綜合能力的體現(xiàn)。國(guó)際電信聯(lián)盟InternationalTelecommunicationUnion縱觀全球，歐洲各國(guó)、中國(guó)、美國(guó)、日本和韓國(guó)等都已經(jīng)把5G上升為國(guó)家戰(zhàn)略。歐盟在2013年成立METIS項(xiàng)目（MobileandWirelessCommunicationsEnablersforthe2020InformationSociety），后又成立5G-PPP項(xiàng)目。中國(guó)2013年2月成立IMT-2020（5G）推進(jìn)組，發(fā)布《5G愿景與需求白皮書(shū)》、《5G概念》、《5G無(wú)線技術(shù)構(gòu)架》、《無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)架》白皮書(shū)，其中主要觀點(diǎn)在全球取得高度共識(shí)。美國(guó)尚未提出國(guó)家層面的5G研發(fā)計(jì)劃或政策，但在5G上的研究依然處于世界前列全球5G研發(fā)進(jìn)展IMT-2020(5G)promotion

associationwasjointlyestablishedbythreeministriesofChina(includingMIIT,NDRCandMOST)basedontheoriginalIMT-AdvancedpromotiongroupinFebruary2013.Themembersincludethemainoperators,vendors,universitiesandresearchinstitutesinChina.Thepromotion

associationisthemajorplatformtopromote5GtechnologyresearchinChinaandtofacilitateinternationalcommunicationandcooperation.IMT-2020(5G)推進(jìn)組ExpertGroup:decideimportantissuesontheresearchandstrategyofPGRequirementWG:study5Gvisionandrequirementstowardsyear2020andbeyondWirelessTechnologyWG:study5Genablingwirelesstechnologiesand5GsystemframeworkNetworkTechnologyWG:study5GnetworkarchitectureandkeytechnologiesSpectrumWG:workonspectrumrelatedtopicsStandardsWGs:interactivewithinternationalstandardorganizationsincludingITU,3GPP,IEEE,etcIPRWG:dealwithIPRissuesandrelevantpolicy.IMT-2020(5G)推進(jìn)組專(zhuān)題目的1、以5G系統(tǒng)為基本環(huán)境，學(xué)習(xí)未來(lái)無(wú)線通信新技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)新構(gòu)架；2、通過(guò)IMT-2020推進(jìn)組，了解移動(dòng)通信系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展一般歷程；3、就一項(xiàng)最新的無(wú)線通信具體技術(shù)或新方向作為一個(gè)項(xiàng)目展開(kāi)深入的學(xué)習(xí)、研究，完成項(xiàng)目的綜述（20分）、項(xiàng)目具體仿真平臺(tái)搭建（30分）、最終研究報(bào)告（30分）、講座（20分，30分鐘，其中ppt介紹15分鐘，討論15分鐘）5GVisionandRequirements5G愿景與需求1、Vision愿景Informationafingeraway,everythingintouch信息隨心至，萬(wàn)物觸手及1、Vision5Gwillpenetrateintoeveryelementoffuturesocietyandcreateanall-dimensional,user-centeredinformationecosystem.5Gwillprovideuserswithfiber-likeaccessdatarateand“zero”latencyuserexperience.5Gwillbecapableofconnecting100billiondevices.5Gwillbeabletodeliveraconsistentexperienceacrossavarietyofscenariosincludingthecasesofultra-hightrafficvolumedensity（超高流量密度）,ultra-highconnectiondensity（超高鏈接密度）,andultra-highmobility.5Gwillalsobeabletoprovideintelligentoptimizationbasedonservicesandusersawareness,andwillimproveenergyandcostefficiency（能量效率和成本效率）

byoverahundredoftimes.2、5Gdrivers驅(qū)動(dòng)力Mobileinternet（移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)）andtheInternetofThings(IoT)（物聯(lián)網(wǎng)）arethetwomaindriversinthefuturedevelopmentofmobilecommunications,andtheywillprovideabroadprospectforthe5G.3、5GKeyPerformanceIndicators關(guān)鍵性能指標(biāo)PerformanceindicatorsDefinitionUserexperienceddatarate(bps)TheminimumachievabledatarateforauserinrealnetworkenvironmentConnectiondensity(/Km2)ThetotalnumberofconnecteddevicesperunitareaEnd-to-endlatency(ms)ThedurationbetweenthetransmissionofadatapacketfromthesourcenodeandthesuccessfulreceptionatdestinationnodeTrafficvolumedensity(bps/Km2)ThetotaldatarateofallusersperunitareaMobility(Km/h)TherelativespeedbetweenreceiverandtransmitterundercertainperformancerequirementPeakdaterate(bps)Themaximumachievabledatarateperuser4、5GKeyEfficiencyIndicators關(guān)鍵效率指標(biāo)EfficiencyindicatorsDefinitionSpectrumefficiency(bps/Hz/cellorbps/Hz/Km2)Thedatathroughputperunitofspectrumresourcepercell(orperunitarea)Energyefficiency(bit/J)ThenumberofbitsthatcanbetransmittedperjouleofenergyCostefficiency(bit/Y）Thenumberofbitsthatcanbetransmittedperunitcost5、5GKeyCapabilities關(guān)鍵能力5Gsystemsmustdramaticallyoutperformpreviousgenerationsystems.5Gshouldsupport:

1、Userexperienceddatarate:0.1~1Gbps

2、Connectiondensity:1millionconnectionspersquarekilometer

3、End-to-endlatency:millisecondlevel

4、Trafficvolumedensity:tensofGbpspersquarekilometer

5、Mobility:higherthan500Kmperhour

5Gshouldhave5to15timesimprovementonspectrumefficiencyandmorethan100timesimprovementonenergyandcostefficiency.6、TypicalScenarios典型場(chǎng)景Office:TensofTbps/km2trafficvolumedensityDenseResidence:GbpsuserexperienceddatarateStadium1millionconnections/Km2Open-airGathering1millionconnections/Km2SubwaysOver6persons/m2superhighdensityHighwayMillisecondlevelend-to-endlatencyHigh-speedTrainHigherthan500Km/hmobilityWide-areaCoverage100Mbpsuserexperienceddatarate5GConcept5G概念1、Maintechnicalscenariosof5GFourtypicaltechnicalscenariosof5Garederivedfromthemainapplicationscenarios,servicerequirements,andkeychallengesofmobileinternetandIoT.seamlesswide-areacoveragescenariohigh-capacityhot-spotscenariolow-powermassive-connectionsscenariolowlatencyhigh-reliabilityscenario1、Maintechnicalscenariosof5GSeamlesswide-areacoverageandhigh-capacityhot-spotaremainscenariosformobileinternettowards2020andbeyond.Itshouldbenotedthattheyarealsothemainscenariosof4G.However,higherperformancerequirementsshouldbemetin5Gera.Seamlesswide-areacoverageisthebasicscenarioofmobilecommunications.Inthisscenario,themainobjectiveistoprovideseamlessservicetoendusers.Themainchallengeistoprovidemorethan100Mbpsuserexperiencedatarateanytimeandanywhere,evenforusersmovingathighspeedorinunsatisfactorywirelessenvironmentssuchascelledge.High-capacityhot-spotscenariomainlytargetslocalhot-spotareaswhereultra-highdataratesshouldbeprovidedtousersandultrahighvolumetrafficneedtobehandled.Themainchallengeistoprovide1Gbpsuserexperienceddatarate,tensofGbpspeakdatarate,andtensofTbps/km2trafficvolumedensity.1、Maintechnicalscenariosof5GLow-powermassive-connectionsscenariomainlyfocusesonsensoringanddatacollectingusecases,suchassmartcity,environmentalmonitoring,intelligentagriculture,andforestfireprevention.Thecharacteristicsofthisscenarioincludesmalldatapackets,lowpowerconsumption,andlowcost.Ingeneral,thosekindsofdevicesarenumerouswithawidegeographicdistribution.Tosupporttheseapplications,5Gneedstosupportatleast1millionconnectionspersquaredkilometerand100billionconnectionsintotal,inanefficientwaythatallowstheterminalstohaveultra-lowpowerconsumptionandultra-lowcost.Low-latencyhigh-reliabilityscenariomainlyfocusesonverticalindustriessuchasInternetofVehicles(IOV)andindustrialcontrol.Thems-levelend-to-endlatencyor/andnearly100%reliabilityneedtobeguaranteedinthisscenario.1、Maintechnicalscenariosof5GScenariosKeyChallengesSeamlesswide-areacoverage?100MbpsuserexperienceddatarateHigh-capacityhot-spot?Userexperienceddatarate:1Gbps?Peakdatarate:TensofGbps?Trafficvolumedensity:TensofTbps/km2Low-powermassive-connections?Connectiondensity:106/km2?Lowpowerconsumption&lowcostLow-latencyhigh-reliability?Airinterfacelatency:1ms?End-to-endlatency:mslevel?Reliability:nearly100%2、5GKeyTechnologies關(guān)鍵技術(shù)Thetechnicalinnovationof5Gwillcomefrombothwirelessandnetworktechnologies.Inthefieldofwirelesstechnologies