1、本文檔僅用于通信從業(yè)者學習交流5G 通信調研報告1.1研究背景我國信息化建設及兩化深度融合工作正在日益推進。2015 年，出臺“互聯網+”行動指導意見以及中國制造 2025兩個重要文件，以高速寬帶網絡建設為抓手、提升信息基礎設施支撐水平成為了科技部、發(fā)改委、工信部等部門的重點推進工作。而認真貫徹“寬帶中國”戰(zhàn)略，加大 5G 研發(fā)力度，加快 5G 標準推進的步伐，是其中重要的工作內容。我國在近兩年來投資上億科研經費，用于 5G 研發(fā)工作。中國十八屆五中全會通過了關于制定國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議，明確提出要“加快 構建高速、移動、安全、泛在的新一代信息基礎設施”，要實施網絡強國戰(zhàn)略

2、和國家大數據戰(zhàn)略，這對中國寬帶發(fā)展提出了新的、更高的要求。5G 是新一代寬帶移 動通信發(fā)展的主要方向，隨著 4G/LTE 進入規(guī)模商用，以及移動互聯網和物聯網的快速發(fā)展， 全球產業(yè)界已將研發(fā)重點轉向 5G。從國際發(fā)展態(tài)勢來看，2015 年，5G 技術全球發(fā)展亦進入到技術研發(fā)和標準化準備的關鍵時期，ITU（國際電聯）已完成第五代移動通信定名、愿景及時間表等關鍵內容，并于今年啟動 5G 標準前研究。在此背景下，如何推動中國的 5G 技術研究？如何制定相關發(fā)展策略？如何開展廣泛的國際合作？如何培育 5G 時代全球競合能力？已成為目前界正在探索解決的問題。和產業(yè)1.2國內外研究現狀國內 5G 的發(fā)展方

3、向是：進一步加強國際合作，推動形成全球統一標準；進一步加大研發(fā)力度，突破技術及產業(yè)薄弱環(huán)節(jié)；進一步推動融合創(chuàng)新，積極探索新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式。1.2.1中國移動在 5G 研發(fā)方面取得又一重大進展2015 年 11 月 10 日，在國際電信聯盟無線電通信局 IMT-2020 5G（第五代移動通信）焦點組會議上，中國移動主導的ITU 5G 網絡標準技術指導建議書編制完成，成為 ITU 5G 標準制定的重要依據和指導。該建議書基于對 5G 網絡架構、網絡軟化等關鍵技術的研究，對國際組織的5G 標準情況進行了對比分析。中國移動作為 5G 焦點組副主席，主導該建議書制定，并推動 ITU 與 3

4、GPP、GSMA、OPNFV 等國際組織合作。同時，中國移動提出的 5G 網絡切片管理與編排、5G 網絡能力開放等技術成功寫入建議書，在 3GPP、1本文檔僅用于通信從業(yè)者學習交流ITU-T 等國際組織的 5G 標準布局具有重要意義。1.2.2我國與全球同步推進 5G 研發(fā)（1）率先成立 5G 推進組，全面推進 5G 研發(fā)2013 年 2 月，中國工業(yè)和信息化部家發(fā)展和改革委員會和科學技術部先于其它國家成立了IMT-2020（5G）推進組（以下簡稱推進組），其組織架構基于原 IMT-Advanced 推進組。作為 5G 推進工作的平臺，推進組旨在推動國內自主研發(fā)的 5G 技術成為國際標準，并首

5、次提出了我國要在 5G 標準制定中起到引領作用的宏偉目標。當前，推進組集中國內主要力量，推動 5G 策略、需求、技術、頻譜、標準、知識產權研究及國際合作，成員包括中國主要的運營商、制造商、高校和研究機構等國內產學研用單位 50 多家。目前，推進組各項研究工作均已全面深入展開， 并在 5G 需求、技術和頻譜等方面取得了重要研究進展。（2）布局 5G 重大項目，支撐國內技術創(chuàng)新在國家高技術研究發(fā)展計劃（863 計劃）、國家科技重大專項以及國家自然科學基金等重大項目上，我國在近兩年來投資上億科研經費，用于 5G 研發(fā)工作。1.2.3國內 5G 主要研究進展目前，推進組已基本完成 5G 愿景與需求研究

6、并發(fā)布了白皮書，初步完成 5G潛在關鍵技術研究分析，提出 5G 概念和技術路線，并完成 2020 年我國移動通信頻譜需求預測和 6GHz 以下候選頻段研究。二、5G 特點5G 是一個真正意義上的融合網絡，它的最大特點就是上網快，傳輸速率可達 10Gbps（折合成下載速度為 1280MB/s），是 4G 峰值的 100 倍，眨個眼一部高清電影就下到手機上了，而且在傳輸中呈現出低時延、信號穩(wěn)定、低功耗的特點。事實上，如果只打個電話、發(fā)個短信，2G 就夠用了（即使喜歡看視頻，也都是 WiFi 下載下來看），那么 5G 的優(yōu)勢到底在哪里呢？答案是，5G 最大的優(yōu)勢體現在“物聯網”上，物聯網就是物物相連

7、的互聯網，即通過互聯網，任何物品與物品之間，都可以進行信息交換和通信。而物聯網則離不開速度快、低時延、信號穩(wěn)定、低功耗的無線通信，也就是 5G 了。5G 的到來將形成全球統一的網絡標準，不僅能解決全球漫游問題，還將大幅度降低設備、終端成本（也就是說手機等硬件更便宜了，甚至趨于免費）。同時，也會促成無人駕駛、虛擬現實、智能家居等概念商用，從而進入全面數字化時代。2本文檔僅用于通信從業(yè)者學習交流三、5G 發(fā)展的關鍵技術從理論上來說，5G 的網速能達到 4G 的 40 倍，從而實時傳輸 8K 分辨率的3D 視頻，或是在 6 秒內下載一部 3D 電影。簡直快到逆天！作為對比，通過 4G 網絡的下載需要

8、 6 分鐘。然而，在以往通信技術的發(fā)展中，實驗室情況與真實環(huán)境總會有很大差距。理論峰值速率在用戶實際使用中只是夢想，用戶可用速率要遠低于理論值。3.1關鍵技術一：毫米波什么叫毫米波？頻率 30GHz 到 300GHz，波長范圍 10 到 1 毫米。 由于足夠量的可用帶寬，較高的增益，毫米波技術可以支持超高速的傳輸率，且波束窄，靈活可控，可以連接大量設備。當手機處于 4G 小區(qū)覆蓋邊緣，信號較差，且有建筑物（房子）阻擋，此時，就可以通過毫米波傳輸，繞過建筑物阻擋，實現高速傳輸。高頻段（毫米波）在 5G 時代的多種無線接入技術疊加型移動通信網絡中可以有兩種應用場景：一是毫米波小基站，可增強告訴環(huán)境

9、下移動通信的使用體驗， 在傳統的多種無線接入技術疊加型網絡中，宏基站與小基站均工作于低頻段，這就帶來了頻繁切換的問題，用戶體驗差，為解決這一關鍵問題，在未來的疊加型網絡中，宏基站工作于低頻段并作為移動通信的控制平面、毫米波小基站工作于高頻段并作為移動通信的用戶數據平面。二是基于毫米波的移動通信回程，在采用毫米波信道作為移動通信的回程后，疊加型網絡的組網就將具有很大的靈活性（注：相對于有線方式的移動通信回程。因為在未來的 5G 時代，小/微基站的數目將非常龐大，而且部署方式也將非常復雜），可以隨時隨地根據數據流量增長需求部署新的小基站，并可以在空閑時段或輕流量時段靈活、實時關閉某些小基站，從而可

10、以收到節(jié)能降耗之效。到了 5G 時代，更多的物-物連接接入網絡，HetNet 的密度將會大大增加。3.2關鍵技術二：ultra-dense Hetnets 超密度異構網絡立體分層網絡（HetNet）是指，在宏蜂窩網絡層中布放大量微蜂窩（Microcell）、微微蜂窩（Picocell）、毫微微蜂窩（Femtocell）等接入點， 來滿足數據容量增長要求。為應對未來持續(xù)增長的數據業(yè)務需求，采用更加密集的小區(qū)部署將成為 5G提升網絡總體性能的一種方法。通過在網絡中引入更多的低功率節(jié)點可以實現熱3本文檔僅用于通信從業(yè)者學習交流點增強、消除盲點、改善網絡覆蓋、提高系統容量的目的。但是，隨著校區(qū)密度的增

11、加，整個網絡的拓撲也會變得更為復雜，會帶來更加嚴重的干擾問題。因此， 密集網絡技術的一個主要難點就是要進行有效的干擾管理，提高網絡干擾性能， 特別是提高小區(qū)邊緣用戶的性能。密集小區(qū)技術也增強了網絡的靈活性，可以針對用戶的臨時性需求和季節(jié)性需求快速部署新的小區(qū)。在這一技術背景下，未來網絡架構將形成“宏蜂窩+長期微蜂窩+臨時微蜂窩”的網絡架構。這一結構將大大降低網絡性能對于網絡前期規(guī)劃的依賴，為 5G 時代實現更加靈活自適應的網絡提供保障。與此同時，小區(qū)密度的增加也會帶來網絡容量和無線資源利用率的大幅度提升。3.3關鍵技術三：同時同頻全雙工（CCDF）最近幾年，同時同頻全雙工技術吸引了業(yè)界的注意力

12、。同時同頻全雙工技術是指設備的發(fā)射機和占用相同的頻率資源同時進行工作，使得通信雙方在上、下行可以在相同時間使用相同的頻率，突破了現有的頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）模式，是通信節(jié)點實現雙向通信的關鍵之一。利用該技術，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時發(fā)射和接收信號，與傳統的 TDD 和 FDD 雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高 1 倍。全雙工技術能夠突破 FDD 和 TDD 方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術需要具備極高的干擾消除能力，這對干擾消除技術提出了極大的挑戰(zhàn)，同時還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問題。在多場景下，全雙工技術的應用難度更大。及組

13、網3.4關鍵技術四：濾波組多載波技術（FBMC）OFDM 是將載波分為正交子載波，但信號的拖尾較長，因此會帶來一些問題， 另外在 5G 系統中， 由于支撐高數據速率的需要， 將可能需要高達 1 GHz 的帶寬.但在某些較低的頻段， 難以獲得連續(xù)的寬帶頻譜資源， 而在這些頻段， 某些無線傳輸系統， 如電視系統中， 存在一些未被使用的頻譜資源（空白頻譜）. 但是， 這些空白頻譜的位置可能是不連續(xù)的， 并且可用的帶寬也不一定相同， 采用 OFDM 技術難以實現對這些可用頻譜的使用。FBMC 基于濾波器組的多載波技術中， 發(fā)送端通過合成濾波器組來實現多載波調制， 接收端通過分析濾波器組來實現多載波解調

14、。合成濾波器組和分析濾波器組由一組并行的成員濾波器構成， 其中各個成員濾波器都是由原型濾波器經載波調制而得到的調制濾波器。與 OFDM 技術不同， FBMC 中， 由于原型濾波器的沖擊響應和頻率響應可以根據需要進行設計， 各載波之間不再必須是正交的，4本文檔僅用于通信從業(yè)者學習交流不需要插入循環(huán)前綴；能實現各子載波帶寬設置、各子載波之間的交疊程度的靈活控制，從而可靈活控制相鄰子載波之間的干擾， 并且便于使用一些零散的頻譜資源，較大的提高了頻率效率。3.5關鍵技術五：大規(guī)模 MIMO 技術（3D /Massive MIMO）多輸入多輸出技術（Multiple-Input Multiple-Out

15、put，MIMO）是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射和接收，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個傳送和接收，從而 改善通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個實現多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統信道容量，顯示出明顯的優(yōu) 勢、被視為下一代移動通信的核心技術。MIMO 技術已經廣泛應用于 WIFI、LTE 等。理論上，越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。具體而言，當前 LTE 基站的多只在水平方向排列，只能形成水平方向的波束，并且當大從而導致安裝困難。數目較多時，水平排列會使得總尺寸過而 5G 的設計參考了相控陣的思路，目標是更大地提升系統的空間自由度?；谶@一思想的 L

16、SAS 技術，通過在水平和垂直方向同時放置，增加了垂直方向的波束維度，并提高了不同用戶間的隔離，如下圖所示。同時，有源技術的引入還將更好地提線性能，降低耦合造成能耗損失，使LSAS 技術的商用化成為可能。大規(guī)模 MIMO 技術可以由一些并不昂貴的低功耗的組件來實現，為實現在高頻段上進行移動通信提供了廣闊的前景，它可以成倍提升無線頻譜效率，增強網絡覆蓋和系統容量，幫助運營商最大限度利用已有站址和頻譜資源。我們以一個 20 平方厘米的物理平面為例，如果這些以半波長的間距排列在一個個方格中，則：如果工作頻段為 3.5GHz，就可部署 16 副；如工作頻段為 10GHz，就可部署 169 根了。3D-

17、MIMO 技術在原有的 MIMO 基礎上增加了垂直維度，使得波束在空間上三維賦型，可避免了相互之間的干擾。配合大規(guī)模 MIMO，可實現多方向波束賦型。3.6關鍵技術六：多技術載波聚合（multi-technology carrier aggregation）3GPP R12 已經提到這一技術標準。未來的網絡是一個融合的網絡，載波聚合技術不但要實現 LTE 內載波間的聚合，還要擴展到與 3G、WIFI 等網絡的融合。多技術載波聚合技術與 HetNet 一起，終將實現萬物之間的無縫連接。5本文檔僅用于通信從業(yè)者學習交流求主要驅動力推動人類信息交互方式的再次升級，將（3D）視頻、移動云等更加身臨其境

18、的倍增長，推動 5G 技術和產業(yè)的新一輪。移動醫(yī)療、車聯網、智能家居、工業(yè)式增長，數以千億的設備將接入網絡，一輪科技革命和產業(yè)的核心基礎，造出規(guī)模空前的新興產業(yè)。超千億設備聯網需求量增長將超過 200 倍，20102030 年將高于全球平均水平，預計 20102020 長超過 4 萬倍。在聯網設備數量方面，聯網設備）數量將超過 100 億，中國將數將接近全球人口規(guī)模，達到 70 億（中網設備連接數將接近 1 千億（中國將超過 1 千億。提升，用戶體驗速率可達 1GbpsG 性能將會大幅提升，用戶體驗速率將數十 Gbps，支持的連接數密度可達數 1 級，流量密度可達數十 Tbps/平方公里， 戶

19、體驗。為了實現可持續(xù)發(fā)展，5G 還需頻譜效率將比 4G 提高 5-15 倍，能源效能力，絕大部分被 ITU 采納作為 5G 備選通信技術，而且主要強調無線技術，而線局域網技術和網絡技術。本文檔僅用于通信從業(yè)者學習交流4.2.15G 技術創(chuàng)新將會出現在無線和網絡兩個層面?zhèn)鹘y的移動通信升級換代都是以多址接入技術為主線，提升速率和頻譜效率。例如，1G 采用頻分多址（FDMA）、2G 時分多址（TDMA）、3G 碼分多址（CDMA）， 4G 正交頻分多址（OFDMA）。與傳統方式不同的是，5G 將不再以單一多址接入技術作為主要特征，內涵將更加寬泛，將會采用一組關鍵技術，如引入大規(guī)模陣列、超密集組網、新

20、型多址和高頻段通信等新型無線技術，以及基于軟件定義網絡（SDN）和/或網絡功能虛擬化（NFV）技術的新型網絡架構，從而推動 5G 在無線和網絡兩個層面出現重大技術創(chuàng)新。4.2.25G 無線技術將沿著三條技術路線向前發(fā)展5G 無線技術存在新型空中接術、4G 演進技術和下一代無線局域網三條技術路線。新型空中接術重點適應 5G 新場景及新頻段需求進行全新設計，不考慮與 4G 的兼容性。4G 演進技術主要面向宏覆蓋和熱點覆蓋等傳統蜂窩移動通信場景，將基于 4G 技術框架和傳統蜂窩頻段。下一代無線局域網是 5G 的重要補充，主要面向熱點分流場景，將向更高傳輸速率、更高組網性能和可運營維護方向發(fā)展。4.2.35G 網絡技術將向著虛擬化、軟件化、扁平化面對未來超千倍流量增長、毫秒到端時延和超千億設備連接的挑戰(zhàn)，5G將通過引入 NFV 和 SDN 等虛擬化技術、推動網絡軟硬件解耦，控制與轉發(fā)分離， 使得基于軟連接和軟架構的新型網絡成為可能，網絡結構將更加扁平，業(yè)務內容將向用戶進一步下沉，網絡智能化、靈活度和可擴展性將大幅提升，各種接入技術之間將更緊密