二、5G 特點(diǎn)

5G 是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)，它的最大特點(diǎn)就是上網(wǎng)快，傳輸速率可達(dá)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(jī)上了，而且在傳輸中呈現(xiàn)出低時延、信號穩(wěn)定、低功耗的特點(diǎn)。事實(shí)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(xiàn)在“物聯(lián)網(wǎng)”上，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，即通過互聯(lián)網(wǎng)，任何物品與物品之間，都可以進(jìn)行信息交換和通信。而物聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，不僅能解決全球漫游問題，還將大幅度降低設(shè)備、終端成本（也就是說手機(jī)等硬件更便宜了，甚至趨于免費(fèi)）。同時，也會促成無人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能家居等概念商用，從而進(jìn)入全面數(shù)字化時代。

三、5G 發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

從理論上來說，5G 的網(wǎng)速能達(dá)到4G 的40 倍，從而實(shí)時傳輸8K 分辨率的3D 視頻，或是在6 秒內(nèi)下載一部3D 電影。簡直快到逆天！作為對比，通過4G網(wǎng)絡(luò)的下載需要6 分鐘。然而，在以往通信技術(shù)的發(fā)展中，實(shí)驗(yàn)室情況與真實(shí)環(huán)境總會有很大差距。理論峰值速率在用戶實(shí)際使用中只是夢想，用戶可用速率要遠(yuǎn)低于理論值。

3.1 關(guān)鍵技術(shù)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，較高的天線增益，毫米波技術(shù)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(shè)備。當(dāng)手機(jī)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(shí)現(xiàn)高速傳輸。

高頻段（毫米波）在5G 時代的多種無線接入技術(shù)疊加型移動通信網(wǎng)絡(luò)中以有兩種應(yīng)用場景：一是毫米波小基站，可增強(qiáng)告訴環(huán)境下移動通信的使用體驗(yàn)，在傳統(tǒng)的多種無線接入技術(shù)疊加型網(wǎng)絡(luò)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(yàn)差，為解決這一關(guān)鍵問題，在未來的疊加型網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)就將具有很大的靈活（注：相對于有線方式的移動通信回程。因?yàn)樵谖磥淼?G 時代，小/微基站的數(shù)目將非常龐大，而且部署方式也將非常復(fù)雜），可以隨時隨地根據(jù)數(shù)據(jù)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(shí)時關(guān)閉某些小基站，從而可以收到節(jié)能降耗之效。到了5G 時代，更多的物-物連接接入網(wǎng)絡(luò)，HetNet 的密度將會大大增加。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)二：ultra-dense Hetnets 超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

立體分層網(wǎng)絡(luò)（HetNet）是指，在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，來滿足數(shù)據(jù)容量增長要求。

為應(yīng)對未來持續(xù)增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，采用更加密集的小區(qū)部署將成為5G提升網(wǎng)絡(luò)總體性能的一種方法。通過在網(wǎng)絡(luò)中引入更多的低功率節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)熱

點(diǎn)增強(qiáng)、消除盲點(diǎn)、改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋、提高系統(tǒng)容量的目的。但是，隨著校區(qū)密度的增加，整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟矔�變得更為�?fù)雜，會帶來更加嚴(yán)重的干擾問題。因此，密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個主要難點(diǎn)就是要進(jìn)行有效的干擾管理，提高網(wǎng)絡(luò)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(shù)也增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)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(shù)背景下，未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將形成“宏蜂窩+長期微蜂窩+臨時微蜂窩”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)將大大降低網(wǎng)絡(luò)性能對于網(wǎng)絡(luò)前期規(guī)劃的依賴，為5G 時代實(shí)現(xiàn)更加靈活自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)提供保障。與此同時，小區(qū)密度的增加也會帶來網(wǎng)絡(luò)容量和無線資源利用率的大幅度提升。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)三：同時同頻全雙工（CCDF）

最近幾年，同時同頻全雙工技術(shù)吸引了業(yè)界的注意力。同時同頻全雙工技術(shù)是指設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)占用相同的頻率資源同時進(jìn)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(xiàn)有的頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）模式，是通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)雙向通信的關(guān)鍵之一。利用該技術(shù)，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(tǒng)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(shù)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(shù)需要具備極高的干擾消除能力，這對干擾消除技術(shù)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。在多天線及組網(wǎng)場景下，全雙工技術(shù)的應(yīng)用難度更大。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)四：濾波組多載波技術(shù)（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(tǒng)中， 由于支撐高數(shù)據(jù)速率的需要， 將可能需要高達(dá)1 GHz 的寬.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(tǒng)， 如電視系統(tǒng)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不連續(xù)的， 并且可用的帶寬也不一定相同，采用OFDM 技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對這些可用頻譜的使用。

FBMC 基于濾波器組的多載波技術(shù)中， 發(fā)送端通過合成濾波器組來實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制， 接收端通過分析濾波器組來實(shí)現(xiàn)多載波解調(diào)。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(gòu)成， 其中各個成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器。與OFDM 技術(shù)不同， FBMC 中， 由于原型濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)， 各載波之間不再必須是正交的，

不需要插入循環(huán)前綴；能實(shí)現(xiàn)各子載波帶寬設(shè)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(guān)鍵技術(shù)五：大規(guī)模MIMO 技術(shù)（3D /Massive MIMO）

多輸入多輸出技術(shù)（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是指在發(fā)射和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)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(shù)。MIMO 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于WIFI、LTE 等。理論上，天線越多，頻譜效率傳輸可靠性就越高。具體而言，當(dāng)前LTE 基站的多天線只在水平方向排列，能形成水平方向的波束，并且當(dāng)天線數(shù)目較多時，水平排列會使得天線總尺寸大從而導(dǎo)致安裝困難。而5G 的天線設(shè)計(jì)參考了軍用相控陣?yán)走_(dá)的思路，目標(biāo)是更大地提升系統(tǒng)空間自由度。基于這一思想的LSAS 技術(shù)，通過在水平和垂直方向同時放置天線，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，有源天線技術(shù)的引入還將更好地提升天線性能，降低天線耦合造成能耗損失，使LSAS 技術(shù)的商用化成為可能。

大規(guī)模MIMO 技術(shù)可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)在高頻段上進(jìn)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(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營商最大限度利用已有站址和頻譜資源。我們以一個20 平方厘米的天線物理平面為例，如果這些天線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 副天線；如工作頻段為10GHz，就可部署169 根天線了。3D-MIMO 技術(shù)在原有的MIMO 基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn)多方向波束賦型。

3.6 關(guān)鍵技術(shù)六：多技術(shù)載波聚合（multi-technology carrier aggregation）

3GPP R12 已經(jīng)提到這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。未來的網(wǎng)絡(luò)是一個融合的網(wǎng)絡(luò)，載波聚合技術(shù)不但要實(shí)現(xiàn)LTE 內(nèi)載波間的聚合，還要擴(kuò)展到與3G、WIFI 等網(wǎng)絡(luò)的融合。多技術(shù)載波聚合技術(shù)與HetNet 一起，終將實(shí)現(xiàn)萬物之間的無縫連接。

四、未來的5G 愿景與需求

4.1 面向2020 年及未來的5G 愿景與需求

4.1.1 移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是5G 發(fā)展的主要驅(qū)動力

面向2020 年及未來，移動互聯(lián)網(wǎng)將推動人類信息交互方式的再次升級，將為用戶提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清（3D）視頻、移動云等更加身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)，將帶來移動數(shù)據(jù)流量超千倍增長，推動5G 技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的新一輪變革。物聯(lián)網(wǎng)將極大擴(kuò)展5G 的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等將會推動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用爆發(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)”，這將是引發(fā)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心基礎(chǔ)，在對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來巨大變革的同時，將創(chuàng)造出規(guī)模空前的新興產(chǎn)業(yè)。

4.1.2 5G 將滿足未來超千倍流量增長和超千億設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求

預(yù)計(jì)2010～2020 年全球移動數(shù)據(jù)流量增長將超過200 倍，2010～2030 年將增長近2 萬倍；中國的移動數(shù)據(jù)流量增速高于全球平均水平，預(yù)計(jì)2010～2020年將增長300 倍以上，2010-2030 年將增長超過4 萬倍。在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量方面，預(yù)計(jì)到2020 年，全球移動終端（不含物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）數(shù)量將超過100 億，中國將超過20 億。2020 年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)將接近全球人口規(guī)模，達(dá)到70 億（中國將接近15 億）。到2030 年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)將接近1 千億（中國將超過200 億），全球各類聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總量將超過1 千億。

4.1.3 5G 關(guān)鍵能力比4G 約有10-100 倍提升，用戶體驗(yàn)速率可達(dá)1Gbps

為了滿足2020 年及未來業(yè)務(wù)需求，5G 性能將會大幅提升，用戶體驗(yàn)速率將達(dá)100Mbps～1Gbps，峰值傳輸速率可達(dá)數(shù)十Gbps，支持的連接數(shù)密度可達(dá)數(shù)1百萬連接/平方公里，端到端時延低至毫秒級，流量密度可達(dá)數(shù)十Tbps/平方公里，支持500 公里/小時以上高速移動下的用戶體驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，5G 還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營效率。其中，頻譜效率將比4G 提高5-15 倍，能源效率和成本效率也將提升百倍以上。目前，推進(jìn)組提出的上述的5G關(guān)鍵能力，絕大部分被ITU 采納作為5G 備選能力。

4.2 5G 概念與技術(shù)路線

傳統(tǒng)的移動通信技術(shù)主要指蜂窩移動通信技術(shù)，而且主要強(qiáng)調(diào)無線技術(shù)，而5G 應(yīng)包含蜂窩移動通信技術(shù)、新一代線局域網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

4.2.1 5G 技術(shù)創(chuàng)新將會出現(xiàn)在無線和網(wǎng)絡(luò)兩個層面

傳統(tǒng)的移動通信升級換代都是以多址接入技術(shù)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(tǒng)方式不同的是，5G 將不再以單一多址接入技術(shù)作為主要特征，內(nèi)涵將更加寬泛，將會采用一組關(guān)鍵技術(shù)，如引入大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址和高頻段通信等新型無線技術(shù)，以及基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和/或網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而推動5G 在無線和網(wǎng)絡(luò)兩個層面出現(xiàn)重大技術(shù)創(chuàng)新。

4.2.2 5G 無線技術(shù)將沿著三條技術(shù)路線向前發(fā)展

5G 無線技術(shù)存在新型空中接口技術(shù)、4G 演進(jìn)技術(shù)和下一代無線局域網(wǎng)三條技術(shù)路線。新型空中接口技術(shù)重點(diǎn)適應(yīng)5G 新場景及新頻段需求進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，不考慮與4G 的兼容性。4G 演進(jìn)技術(shù)主要面向宏覆蓋和熱點(diǎn)覆蓋等傳統(tǒng)蜂窩移動通信場景，將基于4G 技術(shù)框架和傳統(tǒng)蜂窩頻段。下一代無線局域網(wǎng)是5G 的重要補(bǔ)充，主要面向熱點(diǎn)分流場景，將向更高傳輸速率、更高組網(wǎng)性能和可運(yùn)營維護(hù)方向發(fā)展。

4.2.3 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將向著虛擬化、軟件化、扁平化

面對未來超千倍流量增長、毫秒極端到端時延和超千億設(shè)備連接的挑戰(zhàn)，5G將通過引入NFV 和SDN 等虛擬化技術(shù)、推動網(wǎng)絡(luò)軟硬件解耦，控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，使得基于軟連接和軟架構(gòu)的新型網(wǎng)絡(luò)成為可能，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將更加扁平，業(yè)務(wù)內(nèi)容將向用戶進(jìn)一步下沉，網(wǎng)絡(luò)智能化、靈活度和可擴(kuò)展性將大幅提升，各種接入技術(shù)之間將更緊密融合，并能夠以用戶為中心提供靈活可定制的差異化服務(wù)。

五、總結(jié)

綜合5G 需求與技術(shù)趨勢，推進(jìn)組提出5G 概念可由“標(biāo)志性能力指標(biāo)”和“一組關(guān)鍵技術(shù)”來定義。其中，標(biāo)志性能力指標(biāo)為Gbps 用戶體驗(yàn)速率，關(guān)鍵技術(shù)為大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、高頻段通信和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等。為滿足2020 年移動通信需求，我國存在663-1178MHz 頻譜缺口。推進(jìn)組已完成2020年我國移動通信頻譜需求預(yù)測，結(jié)果顯示：到2020 年，我國移動通信頻譜需求總量為1350～1810MHz，目前我國已規(guī)劃了687Mz 移動通信頻譜，因此還需要新增663～1178MHz 頻譜。需要注意的是，2020 年只是5G 起始時間，隨著2020 年之后業(yè)務(wù)量的不斷提升，移動通信的頻譜需求量還將繼續(xù)增加。因此，到2030 年我國移動通信頻譜需求預(yù)測及候選頻段研究已成為工作重點(diǎn)。

6GHz 以下低頻段是5G 首選頻段，高頻段可作為后續(xù)補(bǔ)充。5G 需要大量的新頻譜資源，可通過兩種方式獲得：一是在2015 年世界無線電通信大會（WRC）推動6GHz 以下低頻段劃分；二是在2019 年WRC 大會及以后推動6GHz 以上高頻段劃分。低頻段傳播特性好且資源稀缺，需要優(yōu)先獲取，我國已提出3300-3400MHz、4400-4500MHz 和4800-4990MHz 等候選頻段；高頻段傳播特性差、資源豐富、可選余地大，可作為支撐5G 發(fā)展的后續(xù)補(bǔ)充頻段。特別是由于我國高頻芯片和元器件產(chǎn)業(yè)能力薄弱，需加緊研發(fā)，尚不宜過早推動高頻段劃分。

5G通信調(diào)研報(bào)告.pdf