5G 系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與進(jìn)展

摘 要 本文首先介紹了5G 技術(shù)的需求背景，詳細(xì)論述了全球(包括歐盟、中國、韓國等)各組織的 5G 活動(dòng)。闡述了 5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織及相關(guān)進(jìn)展，針對目前最有希望的5G 技術(shù)進(jìn)行了深入的分析和探討，指出了技術(shù)的優(yōu)勢和應(yīng)用場景，同時(shí)提出了近期技術(shù)難點(diǎn)和后續(xù)研究方向。

關(guān)鍵詞 5G；60GHz；D2D；大規(guī)模 MIMO；異構(gòu)網(wǎng)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展和新的終端形態(tài)的演進(jìn)，新型的業(yè)務(wù)形態(tài)出現(xiàn)，包括智能家庭、智能城市、遠(yuǎn)程醫(yī)療、環(huán)保監(jiān)測等，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)爆炸式的增長趨勢，年增長率在80% ～ 150% 之間，由此推算，10 年將達(dá)到1 000 倍。現(xiàn)有的4G 技術(shù)已經(jīng)無法滿足如此龐大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸需求，因此5G 技術(shù)的研究和開發(fā)被通信人提上了議程。

1 全球主要的5G 活動(dòng)

世界各國相關(guān)組織都在積極的研發(fā)5G 技術(shù)，其中比較重要的5G 活動(dòng)有METIS、 5G PPP、IMT-2020、5G Forum 和NGMN。

1.1 METIS
METIS (Mobile and Wireless CommunicationsSociety) 是歐盟第七框架計(jì)劃中的一部分，投資總計(jì)達(dá)2 700 萬歐元，第一階段計(jì)劃運(yùn)行30 個(gè)月。項(xiàng)目研究組由愛立信、法國電信等通信設(shè)備商和運(yùn)營商、寶馬集團(tuán)以及歐洲部分學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)共29 個(gè)成員組成。研究目標(biāo)是為建立下一代（5G）移動(dòng)和無線通信系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，為未來的移動(dòng)通信和無線技術(shù)在需求、特性和指標(biāo)上達(dá)成共識，取得在概念、雛形、關(guān)鍵技術(shù)組成上的統(tǒng)一意見。
其技術(shù)目標(biāo)是通過移動(dòng)無線通信系統(tǒng)構(gòu)建互聯(lián)互通
的信息社會，主要的愿景如圖1 所示。

圖1 METIS 主要愿景

1.2 5G PPP

歐盟為維持其在移動(dòng)通信方面的領(lǐng)先優(yōu)勢（歐洲ETSI 是 3GPP 的主導(dǎo)）率先在其 Horizon 2020 計(jì)劃中成立了 5G PPP（Public Private Partnership）(5G 政府民間合作計(jì)劃 )。5G PPP 由政府出資管理項(xiàng)目吸引民間企業(yè)和組織參加，計(jì)劃在 2014 ～ 2020 年期間投資
7 億歐元，拉動(dòng) 5 ～ 10 倍企業(yè)投資，其機(jī)制類似我國的重大科技專項(xiàng)。5G PPP 計(jì)劃發(fā)展 800 個(gè)成員，包括ICT 的各個(gè)領(lǐng)域：無線 / 光通信、物聯(lián)網(wǎng)、IT( 虛擬化、 SDN、云計(jì)算、大數(shù)據(jù) )、軟件、安全、終端和智能卡等。 1.3 IMT-2020

IMT-2020 推進(jìn)組于 2013 年 2 月由中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動(dòng)成立，成員包括中國主要的運(yùn)營商、制造商、高校和研究機(jī)構(gòu)。

其愿景為信息隨心至，萬物觸手及。如圖 2 所示，我國提出的 5G 需求共包括 6 大技術(shù)指標(biāo)和 3 大效率指標(biāo)。

圖2 IMT-2020 愿景

1.4 5G Forum 和 NGMN
5G Forum 是韓國發(fā)起的 5G 組織，成員涵蓋政府、
產(chǎn)業(yè)、運(yùn)營商和高校。主要愿景是引領(lǐng)和推進(jìn)全球 5G 技術(shù)。
NGMN 在 2006 年正式在英國成立有限公司，他的主導(dǎo)發(fā)起人是由 7 大運(yùn)營商發(fā)起的，包括中國移動(dòng)、 DoCoMo、沃達(dá)豐、Orange、Sprint、KPN，他是希望通過市場發(fā)起技術(shù)的要求，不管是下一步設(shè)備的開發(fā)，以及實(shí)施等都希望以市場為導(dǎo)向推行。
2 5G 的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程
與 4G 技術(shù)類似，5G 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化組織有兩個(gè)：ITU 和 3GPP。其中 ITU 是聯(lián)合國的一個(gè)重要專門機(jī)構(gòu)，其下又分電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）、無線電通信部門（ITU-R）和電信發(fā)展部門（ITU-D）3 個(gè)部門，每個(gè)部門下設(shè)多個(gè)研究組，每個(gè)研究組下設(shè)多個(gè)工作組。5G的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作是在 ITU-R WP5D 下進(jìn)行的。而3GPP 是一個(gè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，其目標(biāo)是根據(jù) ITU 的相關(guān)需求，制定更加詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范與產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范產(chǎn)業(yè)的行為。
ITU-R WP5D 是專門研究和制定移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)IMT（包括 IMT-2000 和 IMT-Advanced）的組織。 ITU-R WP5D 下設(shè) 3 個(gè)常設(shè)工作組和 1 個(gè)特設(shè)組，3個(gè)常設(shè)工作組分別是總體工作組、頻譜工作組、技術(shù)工作組，特設(shè)組為工作計(jì)劃特設(shè)組。
ITU-R WP5D 日前已經(jīng)確定了 5G 的時(shí)間表，如圖3 所示，基本上可以劃分為 3 個(gè)階段。

圖3 ITU-R 5G 時(shí)間表

第一個(gè)階段截止到 2015 年底，重點(diǎn)是完成 5G 宏觀描述，包括 5G 的愿景，5G 的技術(shù)趨勢和 ITU 的相關(guān)決議，并在 2015 年世界無線電大會上獲得必要的頻率資源。
第二個(gè)階段是 2016 ～ 2017 年底，為技術(shù)準(zhǔn)備階段。 ITU 主要完成技術(shù)要求，技術(shù)評估方法和提交候選技術(shù)所需要的模板等內(nèi)容。最后正式向全世界發(fā)出征集 5G候選技術(shù)的通函。
第三個(gè)階段是收集候選技術(shù)的階段。從 2017 年底開始，各個(gè)國家和國際組織就可以向 ITU 提交候選技術(shù)。 ITU 將組織對收到的候選技術(shù)進(jìn)行技術(shù)評估，組織技術(shù)討論，并力爭在世界范圍內(nèi)達(dá)成一致。
2020 年底，ITU 將發(fā)布正式的 5G 標(biāo)準(zhǔn)。故此， 5G 也應(yīng)該被稱為 IMT-2020。

不同國家、地區(qū)、公司在 ITU-R WP5D#19 會議上提
出了 5G 的需求，經(jīng)過多方討論，目前 5G 愿景已經(jīng)大體成型。確定了 8 個(gè) 5G 關(guān)鍵能力并初步討論了取值范圍。
在 ITU 的框架下，3GPP 將在 Release 14 中開始研究 5G。目前，3GPP 制定的 5G 研究項(xiàng)目共有 6 項(xiàng)：5G 的目標(biāo)；用戶體驗(yàn)質(zhì)量；業(yè)務(wù)支持能力；成本、運(yùn)營和能源效率；自適應(yīng)成本，按需容量分配；下一步計(jì)劃。
全球各公司和運(yùn)營商都在積極的探討 5G 技術(shù)。

 ......

5G系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與進(jìn)展.pdf