前言

　　隨著4GLTE進入規模商用，面向未來的第五代移動通信技術（5G）已成為全球通信界的重點課題，5G的研發也在世界范圍內如火如荼地展開。2014年5月底，“IMT-2020(5G)峰會”上，第一份5G白皮書——《5G愿景與需求白皮書》也已經亮相，預示著未來5到10年，5G將成為整個行業最熱門的話題。

　　5G的展望

　　讓我們一起想像，5G會帶給我們什么樣的場景？未來的世界，就像一部科幻片一樣，高清視頻、醫療、教育、智能家居、購物、導航等等都可通過各種移動終端輕松實現；房子、車子、各種消費品，都能夠聯網，實現數字化生存，展望未來的生活，5G能實現千億個海量鏈接，幾乎所有的消費品、工業品、物流等都可以連在網上，實現萬物互聯互通，5G的應用將開啟物聯網的新時代。對于普通用戶來說，一部手機就可以幫你完成所有事情。無處不在的網絡，讓我們的生活變得輕松自在，可經通過手機經常“泡”在網上，可以隨時訂購誘人的美食，挑選款式新穎的服裝，觀看最新的電影，而5G技術就會帶來革命性的突破，讓人們體驗到更真實的虛擬世界。5G還會打開用戶嶄新的體驗，如視覺通信可能會成為主流應用，人們可以實現跨越遠距離的即時視頻互動，帶來身臨其境的信息盛宴。

　　對大多數用戶而言，5G技術最直觀的特性在于速率是4G的100倍，可以達到幾個Gbps,用5G手機上網的速率與目前家庭光纖接入速率類似。5G技術將提供超級容量的帶寬，短距離傳輸速率達10Gbps，這意味著用戶幾乎不受限制地傳輸大量數據文件，瞬間下載一部電影，在線視頻、3D電影和游戲等高帶寬的應用也暢通無阻。當用戶以任何方式接入移動網絡、讀取任何數據時都不需要網絡的等待，用戶感受的不僅僅是速度，而是高質量的業務體驗，可以實現“信息隨心至，萬物觸手及”的愿景。到5G規模應用的時候，整個世界越來越成為一個‘地球村’，物理上的距離將被信息高速公路大大縮小。

　　業界人士認為，5G技術會大大地刺激互聯網的發展，也將極大帶動經濟發展。萬物互聯的背景下，加上高速率的保證，移動信息消費潛力巨大。2020年前后，5G技術或將可以實現商用應用。

　　5G原理和關鍵技術

　　5G需要具備比4G更高效，其頻譜效率、能效和成本效率將會大幅改善，從而保證5G的可持續發展。5G技術支持0.1～1Gbps的用戶體驗速率，每平方公里一百萬的連接數密度，毫秒級的端到端時延，每平方公里幾十Tbps的流量密度，每小時500Km以上的移動性和數十Gbps的峰值速率。同時，5G還需要大幅提高網絡部署和運營的效率，相比4G，頻譜效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

　　5G的關鍵能力，猶如一株綻放的鮮花，其性能需求和效率需求共同定義了5G的關鍵能力，猶如一株綻放的鮮花，紅花綠葉，相輔相成?；ò甏砹?G的六大性能指標，體現了5G滿足未來多樣化業務與場景需求的能力，其中花瓣頂點代表了相應指標的最大值；綠葉代表了三個效率指標，是實現5G可持續發展的基本保障。

　　在關鍵技術方面，高頻段通信，非正交傳輸、多天線陣列、超密集組網、C-RAN架構、軟件定義網絡（SDN）、網絡功能虛擬化（NFV）、內容分發網絡（CDN）等均被認為是5G的潛在關鍵技術。先介紹一下主要的關鍵技術：

　　1．高頻段通信

　　移動網絡通常的工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分有限，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富。高頻段在移動通信中的應用是未來的發展趨勢，它能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀，可以實現極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動通信的主要優點，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環境影響等缺點。射頻器件、系統設計等方面的問題也有待進一步研究和解決。

　　目前已經有研發機構利用一種毫米波的技術進行測試，采用64個天線組，克服高頻段不利傳播難題，在兩公里多距離內，每秒鐘傳輸超過千兆字節數據。

　　2．多天線陣列

　　多天線技術經歷了從無源到有源，從2D二維到3D三維，從高階MIMO到大規模陣列的發展，將有望實現頻譜效率提升數十倍甚至更高，是目前5G技術重要的研究方向之一。由于引入了有源天線陣列，基站側可支持的協作天線數量將達到128根。此外，原來的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結合高頻段毫米波技術，將進一步改善無線信號覆蓋性能。

　　目前研究人員正在針對大規模天線信道測量與建模、陣列設計與校準、導頻信道、碼本及反饋機制等問題進行研究，未來將支持更多的用戶空分多址（SDMA），顯著降低發射功率，實現綠色節能，提升覆蓋能力。

　　3．D2D終端間直傳

　　傳統的蜂窩通信系統的組網方式是以基站為中心實現小區覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網絡結構在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業務不斷增多，傳統的以基站為中心的業務提供方式已無法滿足海量用戶在不同環境下的業務需求。

　　D2D技術無需借助基站的幫助就能夠實現通信終端之間的直接通信，拓展網絡連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質量高，D2D能夠實現較高的數據速率、較低的時延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網絡架構和連接方法，提升鏈路靈活性和網絡可靠性。目前，D2D采用廣播、組播和單播技術方案，未來將發展其增強技術，包括基于D2D的中繼技術、多天線技術和聯合編碼技術等。

　　4.同時同頻全雙工

　　最近幾年，同時同頻全雙工技術吸引了業界的注意力。利用該技術，在相同的頻譜上，通信的收發雙方同時發射和接收信號，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，同時還存在相鄰小區同頻干擾問題。在多天線及組網場景下，全雙工技術的應用難度更大。

　　5.新型網絡架構

　　目前，LTE接入網采用網絡扁平化架構，減小了系統時延，降低了建網成本和維護成本。未來5G可能采用C-RAN接入網架構。C-RAN通過結合集中化的基帶處理、高速的光傳輸網絡和分布式的遠端無線模塊，形成綠色清潔、集中化處理、協作化無線電、云計算化的無線接入網構架。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網絡，直接在遠端天線和集中化的中心節點間傳送無線信號，以構建覆蓋上百個基站服務區域，甚至上百平方公里的無線接入系統。C-RAN架構適于采用協同技術，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時便于實現動態使用的智能化組網，集中處理有利于降低成本，便于維護，減少運營支出。目前的研究內容包括C-RAN的架構和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協作，如基站簇、虛擬小區等。

　　6．超密集組網

　　在未來的5G通信中，無線通信網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數據流量將出現井噴式的增長。未來數據業務將主要分布在室內和熱點地區，這使得超密集網絡成為實現未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網絡能夠改善網絡覆蓋，大幅度提升系統容量，并且對業務進行分流，具有更靈活的網絡部署和更高效的頻率復用。未來，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網絡方案，部署小小區/扇區將高達100個以上。

　　與此同時，愈發密集的網絡部署也使得網絡拓撲更加復雜，小區間干擾已經成為制約系統容量增長的主要因素，極大地降低了網絡能效。干擾消除、小區快速發現、密集小區間協作、基于終端能力提升的移動性增強方案等，都是目前密集網絡方面的研究熱點。

　　5G進展分享

　　近2年，IMT-2020(5G)推進組一如既往地與全球5G相關組織、運營商，設備廠商、高校和科研機構一道，共同推動5G的發展。歐盟METIS、韓國5G論壇、日本ARIB等組織參與過5G技術討論。

　　2013年5月28日，IMT-2020(5G)峰會在北京召開，會議主題為“5G愿景展望”，各單位代表圍繞5G目標、能力及關鍵技術等問題進行了深入交流。5G研究組織的代表介紹了各自在5G愿景、需求、目標、能力、關鍵技術、標準化和頻譜等方面的研究進展及觀點。峰會對全球業界在5G目標、能力及關鍵技術等方面達成共識起到了重要的推動作用。

　　上海貝爾的技術專家也參加了峰會，并介紹了對5G目標、關鍵能力和潛在技術的理解，以及在5G無線傳輸及網絡技術上的最新研發成果。其中，2010年貝爾實驗室提出了大規模MIMO陣列天線技術，包括3D-MIMO，可使能量效率提升10倍，很可能成為5G網絡最具革命性的技術之一。阿爾卡特朗訊/上海貝爾已經開始了5G戰略布局,以搶占5G產業先機,目前已有上百人投入到5G標準討論和測試研發工作，保持在通信基礎研究領域的世界第一梯隊。

　　5G之所以強大而獨特，是因為它更注重于改善終端用戶體驗而不單單聚焦在空口速率上。在今年6月中旬的亞洲通信展上，上海貝爾將帶您感受貝爾實驗室創新之道，打破覆蓋、容量和成本的制約，一起加速5G技術的創新。