5G系统的关键技术及其国内外发展现状_胡金泉

2017年第1期

0引言

根据预测，2010～2020年全球移动数据流量将增长200倍以上，2010～2030年将增长近2万倍，中国的增长量更大，分别为300倍和4万倍。

物联网将极大扩展5G（第五代移动通信技术）业务。移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等网络将促使物联网的爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”。

在联网设备数量方面，预计到2020年，全球移动终端数量将超过100亿，中国将超过20亿。到2030年，全球各类联网设备总量将超过1000亿。

2020年全球物联网设备连接数将接近70亿，中国将接近15亿；到2030年将接近1000亿，中国将超过200亿。

未来移动互联网将为人类提供增强现实、虚拟现实、超高清（3D）视频、移动云等更加极致的业务体验，推动5G技术和产业的新变革。

5G系统的提出和研发就是为了满足全球移动通信的强烈需求。

2015年6月24日，国际电信联盟（ITU）公布5G技术的正式名称为IMT-2020。IMT-2020是第五代移动电话行动通信标准，传输速度是4G网络的40倍，且具有低延时等特性。相关标准将在2020年制定完成。

15G的概念

5G代表着移动技术的演进和革命，能实现迄今为止发布的多项高级别目标。普遍认为5G是一代能让蜂窝网络扩展至全新使用和垂直市场的无线技术。5G技术还能让蜂窝网络进入机器世界，用于无人驾驶汽车等，并用来连接数以百万计的工业传感器以及各种可穿戴电子设备。

5G与2G、3G、4G系统不同，它是对现有无线接入技术（包括2G、3G、4G、WiFi）的技术演进与新增补充性无线接入技术集成后的解决方案的总称，5G将是一个真正意义上的融合网络。这个融合统一的标准将提供人与人、人与物、物与物之间高速、安全、自由的连接。

25G的主要特点

5G具有以下特点：a）5G的网络架构将进一步扁平化，它将是由功能强大的基站叠加的一个大服务器集群；更加新型化，如C-RAN（集中化处理居民接入网）架构。b）5G的基站将更加小型化，可以安装于各种场景；具备更强大的功能，将去除传统的汇聚节点。c）5G网络的网速将极大提升，比4G/LTE的峰值传输速率100Mbit/s快100倍。c）5G网络应满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地接入的要求。

5G系统的关键技术及其国内外发展现状

胡金泉

（中国电子科技集团总公司第七研究所，广东省广州市510310）

摘要阐述5G（第五代移动通信）的概念和主要特征，详细介绍5G系统的主要关键技术，概述国外5G研发工作的现状，特别是各主要移动通信大国、大型移动通信公司、大型移动通信研发机构在5G研发方面的发展现状，介绍我国5G推进组的主要研究进展和最新成果，提出我国进一步做好5G研发工作的建议。

关键词5G（第五代移动通信）；主要特征；主要关键技术；研发现状与进展

技术交流

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期

因此，业界认为5G 应是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的大通信网络。

35G 的关键技术

5G 的关键技术多达12项。

1）大规模天线阵列技术或新型多天线技术

大规模天线阵列技术是提升系统频谱效率的最重要技术手段之一，对满足5G 系统容量和速率需求将起到重要支撑作用。

多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D ）到3维（3D ），从高阶MIMO （多输入多输出）到大规模阵列，可使频谱效率提升数10倍甚至更高，是5G 技术重要的研究方向之一。

有源天线阵列的引入使基站侧的协作天线数量达到128根，还可以将原来的2D 天线阵列拓展成

3D 阵列，形成3D-MIMO 技术。可支持多用户波束

职能赋型，减少用户间干扰，进一步改善无线信号覆盖性能。

正在研究的课题包括对大规模天线信道的测量与建模、阵列设计与校准导频信道、码本及犯规机制研究等。进一步研究容纳更多用户的空分多址（SDMA ）技术，以显著降低发射功率，实现绿色节能，提升覆盖能力。

2）超密集组网技术

超密集网络能改善网络覆盖，大幅提升系统容量，并对业务进行分流，网络部署更灵活，频率复用更高效，是满足5G 千倍容量增长需求的最主要手段之一。

在未来5G 通信中，网络走向更多元化、宽带化、综合化、智能化。随着智能终端的普及，数据流量将井喷式增长。数据业务将主要分布在室内和热点地区，这将使超密集网络成为实现5G 的主要手段之一。未来面向高频段大宽带，将采取更加密集的网络方案，部署的小小区／

扇区将高达100个以上。与此同时，愈加密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区干扰已成为制约系统的重要因素，必须着力解决这一问题。

3）新型多址技术

新型多址技术通过发送信号的叠加传输来提升

系统的接入能力，能有效支撑5G 网络千亿设备连接需求。

目前，“同时同频双工”技术已引起业界的广泛注意，它是在相同的频谱上通信的收发双方同时发射和接收信号。全双工能够突破TDD （时分双工）、

FDD （频分双工）方式的频谱资源使用限制，使频谱

资源的使用更加灵活。与传统的TDD 、FDD 双工相比，“同时同频双工”技术在理论上可以使频谱效率提高1倍。

全双工技术需要极高的干扰消除能力，对干扰消除技术提出了极大挑战。在多天线及组网情况下，全双工的难度更大。相邻小区的同频干扰也是影响“同时同频双工”技术实现的因素之一。

此外，全频谱接入技术也是需要研发的课题，该技术将有效利用各类频谱资源，有效缓解5G 网络对频谱资源的巨大需求。

4）D2D （Device-to-Device ）通信技术

D2D 通信是指两个对等的用户节点之间直接

进行通信的一种通信方式。在由D2D 通信用户组成的分布式网络中，每个用户节点都能发送和接收信号，并具有自动路由功能。

传统的蜂窝天线系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，基站和总基站是无法移动的。随着无线多媒体业务的不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已经无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

D2D 通信技术无需借助基站就可实现终端间

的直接通信，拓宽了网络连接和接入方式。在D2D 通信网络中，用户节点同时扮演服务器和客户端的角色，用户能够意识到彼此的存在，自组织地构成一个虚拟或者实际的群体。

D2D 通信是短距离直接通信，具有高信道质

量、高数据、高速率、低时延、低功耗的特点。广泛分布的终端能改善覆盖，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式，提升链路灵活性和网络可靠性。

D2D 的方案有广播、组播、单播，未来还将研发

其增强技术，包括基于D2D 的中继技术、多天线技术、联合编码技术等。

技术交流

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5）更加扁平化的新型网络架构和C-RAN研究

5G网络将基于SDN（软件定义网络）、NFV（网络功能虚拟化）、云计算及C-RAN等先进技术，实现更加灵活、智能、高效、开放的，以用户为中心的新型网络。

当前的LTE接入网采取网络扁平化设计，减少了系统时延，降低了建网成本和维护成本。5G可能采取C-RAN接入网架构。

C-RAN是基于集中化处理、协作无线电、实时云计算的绿色无线接入网架构，其基本思想是通过充分利用低成本高速光传输，直接在远端天线与集中化的中心节点间传递无线信号，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架构适用于 …… 此处隐藏：6676字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……