前 言

随着4G LTE进入规模商用，面向未来的第五代移动通信技术（5G）已成为全球通信界的重点课题，5G的研发也在世界范围内如火如荼地展开。2014年5月底，“IMT-2020(5G)峰会”上，第一份5G白皮书——《5G愿景与需求白皮书》也已经亮相，预示着未来5到10年，5G将成为整个行业最热门的话题。

5G的展望

让我们一起想像，5G会带给我们什么样的场景？未来的世界，就像一部科幻片一样，高清视频、医疗、教育、智能家居、购物、导航等等都可通过各种移动终端轻松实现；房子、车子、各种消费品，都能够联网，实现数字化生存，展望未来的生活，5G能实现千亿个海量链接，几乎所有的消费品、工业品、物流等都可以连在网上，实现万物互联互通，5G的应用将开启物联网的新时代。对于普通用户来说，一部手机就可以帮你完成所有事情。无处不在的网络，让我们的生活变得轻松自在，可经通过手机经常“泡”在网上，可以随时订购诱人的美食，挑选款式新颖的服装，观看最新的电影，而5G技术就会带来革命性的突破，让人们体验到更真实的虚拟世界。5G还会打开用户崭新的体验，如视觉通信可能会成为主流应用，人们可以实现跨越远距离的即时视频互动，带来身临其境的信息盛宴。

对大多数用户而言，5G技术最直观的特性在于速率是4G的100倍，可以达到几个Gbps,用5G手机上网的速率与目前家庭光纤接入速率类似。5G技术将提供超级容量的带宽，短距离传输速率达10G bps，这意味着用户几乎不受限制地传输大量数据文件，瞬间下载一部电影，在线视频、3D电影和游戏等高带宽的应用也畅通无阻。当用户以任何方式接入移动网络、读取任何数据时都不需要网络的等待，用户感受的不仅仅是速度，而是高质量的业务体验，可以实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。到5G规模应用的时候，整个世界越来越成为一个‘地球村’，物理上的距离将被信息高速公路大大缩小。

业界人士认为，5G技术会大大地刺激互联网的发展，也将极大带动经济发展。万物互联的背景下，加上高速率的保证，移动信息消费潜力巨大。2020年前后，5G技术或将可以实现商用应用。

5G原理和关键技术

5G需要具备比4G更高效，其频谱效率、能效和成本效率将会大幅改善，从而保证5G的可持续发展。5G技术支持0.1～1Gbps的用户体验速率，每平方公里一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里几十Tbps的流量密度，每小时500Km以上的移动性和数十Gbps的峰值速率。同时，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

5G的关键能力，犹如一株绽放的鲜花，其性能需求和效率需求共同定义了5G的关键能力，犹如一株绽放的鲜花，红花绿叶，相辅相成。花瓣代表了5G的六大性能指标，体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力，其中花瓣顶点代表了相应指标的最大值；绿叶代表了三个效率指标，是实现5G可持续发展的基本保障。

在关键技术方面，高频段通信，非正交传输、多天线阵列、超密集组网、C-RAN架构、软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）、内容分发网络（CDN）等均被认为是5G的潜在关键技术。先介绍一下主要的关键技术：

1．高频段通信

移动网络通常的工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源十分有限，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富。高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，它能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。

目前已经有研发机构利用一种毫米波的技术进行测试，采用64个天线组，克服高频段不利传播难题，在两公里多距离内，每秒钟传输超过千兆字节数据。

2．多天线阵列

多天线技术经历了从无源到有源，从2D二维到3D三维，从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。

目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多的用户空分多址（SDMA），显著降低发射功率，实现绿色节能，提升覆盖能力。

3．D2D终端间直传

传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。

4. 同时同频全双工

最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。

全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双工技术的应用难度更大。

5. 新型网络架构

目前，LTE接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN通过结合集中化的基带处理、高速的光传输网络和分布式的远端无线模块，形成绿色清洁、集中化处理、协作化无线电、云计算化的无线接入网构架。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，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入系统。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营支出。目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能，如集中控制、基带池RRU接口定义、基于C-RAN的更紧密协作，如基站簇、虚拟小区等。

6．超密集组网

在未来的5G通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区/扇区将高达100个以上。

与此同时，愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是目前密集网络方面的研究热点。

5G进展分享

近2年，IMT-2020(5G)推进组一如既往地与全球5G相关组织、运营商，设备厂商、高校和科研机构一道，共同推动5G的发展。欧盟METIS、韩国5G论坛、日本ARIB等组织参与过5G技术讨论。

2013年5月28日，IMT-2020(5G)峰会在北京召开，会议主题为“5G愿景展望”， 各单位代表围绕5G目标、能力及关键技术等问题进行了深入交流。5G研究组织的代表介绍了各自在5G愿景、需求、目标、能力、关键技术、标准化和频谱等方面的研究进展及观点。峰会对全球业界在5G目标、能力及关键技术等方面达成共识起到了重要的推动作用。

上海贝尔的技术专家也参加了峰会，并介绍了对5G目标、关键能力和潜在技术的理解，以及在5G无线传输及网络技术上的最新研发成果。其中，2010年贝尔实验室提出了大规模MIMO阵列天线技术，包括3D-MIMO，可使能量效率提升10倍，很可能成为5G网络最具革命性的技术之一。阿尔卡特朗讯/上海贝尔已经开始了5G战略布局, 以抢占5G产业先机, 目前已有上百人投入到5G标准讨论和测试研发工作，保持在通信基础研究领域的世界第一梯队。

5G之所以强大而独特，是因为它更注重于改善终端用户体验而不单单聚焦在空口速率上。在今年6月中旬的亚洲通信展上，上海贝尔将带您感受贝尔实验室创新之道，打破覆盖、容量和成本的制约，一起加速5G技术的创新。