5g通信調研報告

1、5G通信調研報告研究背景我國信息化建設及兩化深度融合工作正在日益推進。2015 年，國務院出臺 “互聯網+”行動指導意見以及中國制造 2025兩個重要文件，以高速寬 帶網絡建設為抓手、提升信息基礎設施支撐水平成為了科技部、發改委、工信部等 政府部門的重點推進工作。而認真貫徹“寬帶中國”戰略，力5大研發力度，加 快 5G 標準推進的步伐，是其中重要的工作內容。我國在近兩年來投資上億科研 經費，用于 5G 研發工作。中國共產黨十八屆五中全會通過了關于制定國民經 濟和社會發展第十三個五年規劃的建議，明確提出要“加構快建高速、移動、安全 泛在的新一代信息基礎設施”，要實施網絡強國戰略和國家大數據戰略，

2、這對中國 寬帶發展提出了新的、更高的要求。G是新一代寬帶移 動通信發展的主要方向， 隨著4G/LTE進入規模商用，以及移動互聯網和物聯網的快速發展，全球產業界 已將研發重點轉向 5G。從國際發展態勢來看， 2015 年， 5G 技術全球發展亦進入到技術研發和標準 化準備的關鍵時期，ITU （國際電聯）已完成第五代移動通信定名、愿景及時間 表等關鍵內容，并于今年啟動 5G 標準前研究。在此背景下，如何推動中國的 5G 技術研究？如何制定相關發展策略？如何 開展廣泛的國際合作？如何培育 5G 時代全球競合能力？已成為目前政府和產業 界正在探索解決的問題。國內外研究現狀國內 5G 的發展方向是：進一

3、步加強國際合作，推動形成全球統一標準；進 一步加大研發力度，突破技術及產業薄弱環節；進一步推動融合創新，積極探索 新技術、新產業、新業態、新模式。中國移動在 5G 研發方面取得又一重大進展2015年11月10日，在國際電信聯盟無線電通信局MT-2020 5G （第五代移 動通信）焦點組會議上，中國移動主導的TU 5G網絡標準技術指導建議書編 制完成，成為 ITU 5G 標準制定的重要依據和指導。該建議書基于對 5G 網絡架構、網絡軟化等關鍵技術的研究，對國際組織的 5G標準情況進行了對比分析。中國移動作為5G焦點組副主席，主導該建議書制 定，并推動 ITU 與 3GPP、 GSMA、 OPNF

4、V 等國際組織合作。同時，中國移動提出 的5G網絡切片管理與編排、5G網絡能力開放等技術成功寫入建議書，在3GPP、ITU-T 等國際組織的 5G 標準布局具有重要意義。我國與全球同步推進5G研發（1） 率先成立 5G 推進組，全面推進 5G 研發2013 年2 月，中國工業和信息化部聯合國家發展和改革委員會和科學技術 部先于其它國家成立了 IMT-2020（5G）推進組（以下簡稱推進組），其組織架構 基于原IMT-Advaneed推進組。作為5G推進工作的平臺，推進組旨在推動國內自 主研發的5G技術成為國際標準，并首次提出了我國要在5G標準制定中起到引 領作用的宏偉目標。當前，推進組集中國內

5、主要力量，推動5G策略、需求、技術、頻譜、標準、 知識產權研究及國際合作，成員包括中國主要的運營商、制造商、高校和研究機構 等國內產學研用單位50多家。目前，推進組各項研究工作均已全面深入展開，并 在 5G 需求、技術和頻譜等方面取得了重要研究進展。 布局5G重大項目，支撐國內技術創新 在國家高技術研究發展計劃（863 計劃）、國家科技重大專項以及國家自然科 學基金等重大項目上，我國在近兩年來投資上億科研經費，用于5G研發工作。國內5G主要研究進展目前，推進組已基本完成5G愿景與需求研究并發布了白皮書，初步完成5G 潛在關鍵技術研究分析，提出 5G 概念和技術路線，并完成 2020 年我國移動

6、通 信頻譜需求預測和6GHz以下候選頻段研究。二、5G特點5G 是一個真正意義上的融合網絡，它的最大特點就是上網快，傳輸速率可 達10Gbps（折合成下載速度為1280MB/S）,是4G峰值的100倍，眨個眼一部高 清電影就下到手機上了，而且在傳輸中呈現出低時延、信號穩定、低功耗的特點。事實上，如果只打個電話、發個短信， 2G 就夠用了（即使喜歡看視頻，也 都是WiFi下載下來看），那么5G的優勢到底在哪里呢？答案是，5G最大的優勢 體現在“物聯網”上，物聯網就是物物相連的互聯網，即通過互聯網，任何物品與 物品之間，都可以進行信息交換和通信。而物聯網則離不開速度快、低時延、信號 穩定、低功耗的

7、無線通信，也就是5G 了。5G的到來將形成全球統一的網絡標準， 不僅能解決全球漫游問題，還將大幅度降低設備、終端成本（也就是說手機等硬件 更便宜了，甚至趨于免費）。同時，也會促成無人駕駛、虛擬現實、智能家居等 概念商用，從而進入全面數字化時代。三、5G發展的關鍵技術從理論上來說，5G的網速能達到4G的40倍，從而實時傳輸8K分辨率的 3D視頻，或是在6秒內下載一部3D電影。簡直快到逆天！作為對比，通過4G 網絡的下載需要 6 分鐘。然而，在以往通信技術的發展中，實驗室情況與真實環 境總會有很大差距。理論峰值速率在用戶實際使用中只是夢想，用戶可用速率要 遠低于理論值。關鍵技術一：毫米波什么叫毫米

8、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，可以連接大量設備。當手機處于4G小區覆蓋邊緣，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 現高速傳輸。高頻段（毫米波）在5G時代的多種無線接入技術疊加型移動通信網絡中可以 有兩種應用場景：一是毫米波小基站，可增強告訴環境下移動通信的使用體在驗傳， 統的多種無線接入技術疊加型網絡中，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，用戶體驗差，為解決這一關鍵問題，在未來的疊加型網絡中， 宏基站工作于

9、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據平面。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，疊加型網絡的組網就將具有很大的靈活性（注：相對于有線方式的移動通信回程。因為在未來的5G時代，小/微基站的數 目將非常龐大，而且部署方式也將非常復雜），可以隨時隨地根據數據流量增長 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、實時關閉某些小基 站，從而可以收到節能降耗之效。到了 5G時代，更多的物-物連接接入網絡，HetNet 的密度將會大大增加。3.2 關鍵技術二： ultra-dense Hetnets 超密度異構網絡立體分

10、層網絡（HetNet）是指，在宏蜂窩網絡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， 來滿足數據容量增長要求。為應對未來持續增長的數據業務需求，采用更加密集的小區部署將成為 5G 提升網絡總體性能的一種方法。通過在網絡中引入更多的低功率節點可以實現熱 點增強、消除盲點、改善網絡覆蓋、提高系統容量的目的。但是，隨著校區密度的 增加，整個網絡的拓撲也會變得更為復雜，會帶來更加嚴重的干擾問題。因此密，集 網絡技術的一個主要難點就是要進行有效的干擾管理，提高網絡干擾性能， 特 別是提高小區邊緣用戶的性能。密集小區技術也增強了網絡的

11、靈活性，可以針對用戶的臨時性需求和季節性 需求快速部署新的小區。在這一技術背景下，未來網絡架構將形成“宏蜂窩+長 期微蜂窩+臨時微蜂窩”的網絡架構。這一結構將大大降低網絡性能對于網絡前 期規劃的依賴，為 5G 時代實現更加靈活自適應的網絡提供保障。與此同時，小 區密度的增加也會帶來網絡容量和無線資源利用率的大幅度提升。3.3關鍵技術三：同時同頻全雙工（CCDF）最近幾年，同時同頻全雙工技術吸引了業界的注意力。同時同頻全雙工技術是 指設備的發射機和接收機占用相同的頻率資源同時進行工作，使得通信雙方在上、 下行可以在相同時間使用相同的頻率，突破了現有的頻分雙工（FDD）和時分雙 工（TDD ）模式

12、，是通信節點實現雙向通信的關鍵之一。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。3.4 關鍵技術四：濾波組多載波技術（ 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系統中，由于支撐高數據速率的

13、需要，將可能需要高達1GHz的帶 寬.但在某些較低的頻段，難以獲得連續的寬帶頻譜資源，而在這些頻段，某 些無線傳輸系統，如電視系統中，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能是不連續的， 并且可用的帶寬也不一定相同， 采用OFDM技術難以實現對這些可用頻譜的使用。FBMC基于濾波器組的多載波技術中，發送端通過合成濾波器組來實現多載波調制, 接收端通過分析濾波器組來實現多載波解調。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成，其中各個成員濾波器都是由原型濾波器經載波調制而得到 的調制濾波器。與OFDM技術不同，FBMC中，由于原型濾波器的沖擊響應和頻 率響

14、應可以根據需要進行設計，各載波之間不再必須是正交的，不需要插入循環前綴；能實現各子載波帶寬設置、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關鍵技術五：大規模MIMO技術(3D /Massive MIMO)多輸入多輸出技術(Multiple-1 nput Multiple-Output, MIM0)是指在發射端 和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個 天線傳送和接收，從而 改善通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個天線 實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況

15、下，可以成倍的提高系統 信道容量，顯示出明顯的優勢、被視為下一代移動通信的核心技術。MIMO技術已經廣泛應用于WIFI、LTE等。理論上，天線越多，頻譜效率和 傳輸可靠性就越高。具體而言，當前LTE基站的多天線只在水平方向排列，只能 形成水平方向的波束，并且當天線數目較多時，水平排列會使得天線總尺寸過大 從而導致安裝困難。而 5G 的天線設計參考了軍用相控陣雷達的思路，目標是更大地提升系統的 空間自由度。基于這一思想的LSAS技術，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， 有源天線技術的引入還將更好地提升天線性能，降低天線耦合造

16、成能耗損失，使 LSAS 技術的商用化成為可能。大規模 MIMO 技術可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來實現，為實現 在高頻段上進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 強網絡覆蓋和系統容量，幫助運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，貝V：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 技術在原有的 MIMO 基礎上增加了垂直維度，使得波束在空間上 三維賦型，可避免了相互之間的干擾。配合大規模MIMO,可實現多方向

17、波束賦 型。3.6 關鍵技術六：多技術載波聚合(multi-technology carr ier agg regation)3GPP R12 已經提到這一技術標準。未來的網絡是一個融合的網絡，載波聚合技術不但要實現LTE內載波間的聚合，還要擴展到與3G、WIFI等網絡的融合。多 技術載波聚合技術與 HetNet 一起，終將實現萬物之間的無縫連接。四、未來的 5G 愿景與需求俎 面向2020年及未來的5G愿景與需求41移動互聯網和物聯網是5G發展的主要驅動力面向 2020 年及未來，移動互聯網將推動人類信息交互方式的再次升級，將 為用戶提供增強現實、虛擬現實、超高清3D）視頻、移動云等更加身臨

18、其境的極 致業務體驗，將帶來移動數據流量超千倍增長，推動5G技術和產業的新一輪變革。 物聯網將極大擴展5G的業務領域。移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制、 環境監測等將會推動物聯網應用爆發式增長，數以千億的設備將接入網絡實，現真正 的“萬物互聯”，這將是引發新一輪科技革命和產業變革的核心基礎，在對傳統產 業帶來巨大變革的同時，將創造出規模空前的新興產業。5G 將滿足未來超千倍流量增長和超千億設備聯網需求預計20102020年全球移動數據流量增長將超過200倍，20102030年將 增長近2萬倍；中國的移動數據流量增速高于全球平均水平，預計20102020 年將增長 300 倍以上， 2010

19、-2030 年將增長超過 4 萬倍。在聯網設備數量方面， 預計到 2020 年，全球移動終端（不含物聯網設備）數量將超過100 億，中國將 超過 20 億。 2020 年全球物聯網設備連接數將接近全球人口規模，達到70 億（中 國將接近15億）。到2030年，全球物聯網設備連接數將接近1千億（中國將超 過200億），全球各類聯網設備總量將超過1千億。43 5G關鍵能力比4G約有10-100倍提升，用戶體驗速率可達1Gbps為了滿足2020年及未來業務需求，5G性能將會大幅提升，用戶體驗速率將 達100Mbps1Gbps，峰值傳輸速率可達數十Gbps，支持的連接數密度可達數1 百萬連接/平方公里

20、，端到端時延低至毫秒級，流量密度可達數十ps/平方公里， 支持500公里/小時以上高速移動下的用戶體驗。為了實現可持續發展，5G還需 要大幅提高網絡部署和運營效率。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，推進組提出的上述的5G關鍵能力，絕大部分被ITU采納作為5G備選 能力。5G 概念與技術路線傳統的移動通信技術主要指蜂窩移動通信技術，而且主要強調無線技術，而 5G 應包含蜂窩移動通信技術、新一代無線局域網技術和網絡技術。4.2.1 5G 技術創新將會出現在無線和網絡兩個層面傳統的移動通信升級換代都是以多址接入技術為主線，提升速率和頻譜效率。 例如，1

21、G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）。與傳統方式不同的是， 5G 將不再以單一多址接入技術作為主要特征，內涵 將更加寬泛，將會采用一組關鍵技術，如引入大規模天線陣列、超密集組網、新型 多址和高頻段通信等新型無線技術，以及基于軟件定義網絡（SDN）和/或網絡功 能虛擬化（NFV）技術的新型網絡架構，從而推動5G在無線和網絡兩個層面出 現重大技術創新。5G 無線技術將沿著三條技術路線向前發展5G無線技術存在新型空中接口技術、4G演進技術和下一代無線局域網三條 技術路線。新型空中接口技術重點適應5G新場景及新頻段需求進行全新設計， 不考慮與4G的兼容性4G演進技術主要面向宏覆蓋和熱點覆蓋等傳統蜂窩移動 通信場景，將基于 4G 技術框架和傳統蜂窩頻段。下一代無線局域網是 5G 的重要補充，主要面向熱點分流場景，將向更高傳 輸速率、更高組網性能和可運營維護方向發展。5G 網絡技術將向著虛擬化、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備連接的挑戰,5G 將通過引入NFV和SDN等虛擬化技術、推動網絡軟硬件解耦，控制與轉發分離， 使得基