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5G无线通信技术展望P版
5G通信技术展望
孙伟
[摘要]
5G，是英文fifth-generation的缩写，指移动电话系统第五代，也是4G的延伸，还没有任何电信公司或标准订定组织（像3GPP、WiMAX论坛及ITU-R）的公开规格或官方文件有提到5G。
2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布，已成功开发第5代移动通信技术（5G）的核心技术，预计于2020年开始推向商业化；该技术可在28吉赫兹（GHz）超高频段以每秒1吉比特（Gbps）以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里；利用该技术，下载一部高画质（HD）电影只需一秒钟。
2015年5月29日，酷派首提5G新概念：
终端基站化。
2015年6月24日，国际电信联盟（ITU）公布5G技术标准化的时间表，5G技术的正式名称为IMT-2020，5G标准在2020年制定完成。
2016年1月7日，工信部召开“5G技术研发试验”启动会。
2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。
5G时代，通信无线化，物连智能，只用想不到的，没有做不到的时代,在时代变革的我这一代，把握更多的是变革过程，到了2020年或者2030年，坐拥5G通信的硕果，吃到西瓜也能吃到葡萄，手机按一下开关，远程控制的饭煲就可以煮饭，洗衣机就可以洗衣服，展望技术的进步，更能方便我们的生活，爱我们的生活，爱我们的环境，爱我们的5G家园.
[关键词]5G；无线通信；关键技术；移动通信技术
1．引言
4G网络部署正在如火如荼地进行时，关于5G的研究也拉开了序幕。
2012年，由欧盟出资2700亿欧元支持的5G研究项目METIS（MobileandWirelessCommunicationsEnablersforthe2020InformationSociety）[1]正式启动，项目分为八个组分别对场景需求、空口技术、多天线技术、网络架构、频谱分析、仿真及测试平台等方面进行深入研究；英国政府联合多家企业，创立5G创新中心，致力于未来用户需求、5G网络关键性能指标、核心技术的研究与评估验证；韩国由韩国科技部、ICT和未来计划部共同推动成立了韩国“5GForum”，专门推动其国内5G进展；中国，工业和信息化部、发改委和科技部共同成立IMT-2020推进组，作为5G工作的平台，旨在推动国内自主研发的5G技术成为国际标准。
可见，对于5G的研究，许多国家或组织都在积极地进行中，未来5G技术将使人们的通信生活发展到一个全新的阶段。
G（5th-generation）是第五代移动通信技术的简称，但与4G、3G、2G不同的是，5G并不是独立的、全新的无线接入技术，而是对现有无线接入技术（包括2G、3G、4G和WiFi）的技术演进，以及一些新增的补充性无线接入技术集成后解决方案的总称。
从某种程度上讲，5G将是一个真正意义上的融合网络。
以融合和统一的标准，提供人与人、人与物以及物与物之间高速、安全和自由的联通。
2020年的数据流量将比2010年增长1000倍。
5G系统的研发将面向2020年移动通信的需求，包含体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术。
2016年11月，在美国举行的国际无线标准化机构第87次会议上，中国主推的极化码方案入选5G标准，新标准将在2019年公布。
中国此次入选，打破了国外高通、英特尔等对国际通信标准的垄断。
[1]
2．无线通信技术概念
GSM是第一代的无线通信技术为模拟技术，采用的是频分多址方式，频谱的利用效率非常低下。
GSM诞生之初的目的为使用数字技术取代模拟技术，提高语音通话的质量，提高频谱利用效率，降低组网成本。
GSM可以说是迄今为止最为成功的无线通信技术，可以实现全球漫游。
GSM主要解决的是语音通话问题，而随着对移动数据的要求提高，提出了第三代移动通信技术（3G）。
2.13G即将成为过去
3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。
3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。
3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在3种标准：
CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。
中国国内支持国际电联确定三个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA，GSM设备采用的是时分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术，国际电联确定三个无线接口标准，分别是美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA。
第三代无线通信技术的最大的技术特征是采用了码分多址技术（CDMA），由于全球各国看到了移动通信技术方面的巨大的利益，提出了互不相关的三个制式的通信技术，导致了全球3G网络的事实上的割裂，全球的漫游的便利程度远不如GSM。
3G在发展过程中随着技术的发展提出了多个版本，数据业务速率一直在提高，但是受制于CDMA技术，频谱利用效率会有极限，而且随着4G的到来，其发展最终停止了。
2.24G是现在
4G第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：
4G。
该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。
4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。
4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。
此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。
很明显，4G有着不可比拟的优越性。
4G网络是一个基于数据业务的网络，最大的优点是数据速率方面的提高。
与3G最大的技术上的区别是采用了OFDM编码，频谱利用效率已经有了极大的提高，而且FDD和TDD两种制式仅仅是在空口上有区别，实际上可以认为一种技术。
4G网络并不象2G/3G网络一样支持语音通路，采用VoLTE技术之后可以支持语音业务，实际上这是一种IP电话，语音业务的数据量相对于数据业务来说是非常小的，部署VoLTE之后，4G网络的语音业务容量可以说是接近无限的。
类似于模拟到数字转换的GSM协议，4G协议有希望取得一样的成功。
4G网络的最大的缺点是全球频段众多，现在3GPP划分的4G频段共有44个，频率从700MHz到3.6GHz，导致在设计终端的时候非常复杂，如现在的国内的全网通手机需要支持GSM/CDMA/WCDMA/TDSCDMA/EVDO/TDD-LTE/FDD-LTE，频段多达17个，即使支持如此之多的频段，全球漫游上还是需要使用GSM网络进行。
网络的进步必然带来终端的升级和更新.CUP从单核到双核的脱变，再到现在的四核64为WINDOWS~10操作系统，那么谁会记得WINDOWS98,WINDOWS2000，XP系统，逐步的升级，来对应通信的速度，我们的手机GPU从单核到四核到八核，成功运行的安卓系统和苹果手机的IOS系统，从硬件到软件，每一次技术革新，都是我们技术人才默默地试验数据换来的.
2.35G是未来
5G（5th-generation）是第五代移动通信技术的简称。
5G弥补了4G技术的不足，在吞吐率、时延、连接数量、能耗等方面进一步提升系统性能。
它采取数字全IP技术，支持和分组交换，它既不是单一的技术演进，也不是几个全新的无线接入技术，而是整合了新型无线接入技术和现有无线接入技术（WLAN，4G、3G、2G等），通过集成多种技术来满足不同的需求，是一个真正意义上的融合网络。
并且，由于融合，5G可以延续使用4G、3G的基础设施资源，并实现与4G、3G、2G的共存。
随着用户需求的驱动，对包括传输技术和网络技术在内的5G关键技术提出了极大的挑战。
5G将通过更高的频谱效率、更多的频谱资源以及更密集的小区部署等，共同满足移动业务流量增长的需求。
在网络容量方面，5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍；在传输速率方面，典型用户数据速率将提升10到100倍，峰值传输速率可达10Gbps（4G为100Mbps）；同时，端到端时延缩短5-10倍，频谱效率提升5-10倍，网络综合能效提升1000倍。
5G通信下手机的无线下载速度最快可达每秒3.6Gbps（千兆，数据传输速度单位，1Gbps=1024Mbps），较LTE（泛称准4G）的75Mbps（兆）快数百倍。
使用该技术下载一部超高清电影文件最多仅需1秒时间，容量较大的3D电影和游戏等亦能实现秒传。
5G技术的提出总体来说还是要提高数据通信的速率，同时降低单位数据业务的成本。
从目前公布的主要技术，如：
密集网络部署，多天线阵列技术，用户速率，发射功率，能耗效率等关键技术和5G本身并无关系，在4G范围之内都可以解决，5G要做的事情还是要解决频谱利用效率的问题。
而且4G受到的移动网络开放性带来的问题在5G时代还是同时存在的，密集的网络部署成本很高，而且只解决了点的问题，无法解决面的问题。
点的问题还有更为廉价的解决办法就是WIFI，WIFI由于成本的关系，不需要复杂的基站和网络中心等基础设施建设，发展速度大大的快于移动通信技术，802.11ad标准已经可以达到5Gbps的通信速度，而且WIFI诞生之初就是点的解决方案，不存在面的问题，而且由于成本低廉，多部署几个点不是问题。
未来基站将更加小型化，可以安装在各种场景；
具备更强大的功能，去除了传统的汇聚节点；
网络架构进一步扁平化，未来网络架构是功能强大的基站叠加一个大服务器集群。
对于普通用户来说，5G带来的最直观感受将是网速的极大提升。
目前4G/LTE的峰值传输速率达到每秒100M，而5G的峰值速率将达到每秒10G。
打个比方来讲，用LTE网络下载一部电影可能会用1分钟，而用5G下载一部高画质（HD）电影只需1秒钟，也就是一眨眼的工夫。
从专业角度讲，除了要满足超高速的传输需求外，5G还需满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地可接入性等要求。
因此，通信界普遍认为，5G是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络。
2017年2月9日，GPP国际通信标准组织正式宣布“5G”成为下一代移动网络连接技术的正式名称，而5G网络也将成为目前LTE或LTE-Advanced 4G网络之后的下一代移动通讯技术。
[5]
2013年12月，第四代移动通信（4G）牌照发放，4G技术正式走向商用。
与此同时，面向下一代移动通信需求的第五代移动通信（5G）的研发也早已在世界范围内如火如荼地展开。
5G研发的进程如何，在研发过程中会遇到哪些问题？
本版将从即日起陆续刊发“5G发展系列报道”，敬请关注。
在移动通信的演进历程中，我国依次经历了“2G跟踪，3G突破，4G同步”的各个阶段。
在5G时代，我国立志于占据技术制高点，全面发力5G相关工作。
组织成立IMT-2020（5G）推进组，推动重大专项“新一代宽带无线移动通信网”向5G转变，启动“5G系统前期研究开发”等，从5G业务、频率、无线传输与组网技术、评估测试验证技术、标准化及知识产权等各个方面，探究5G的发展愿景。
在5G研发刚起步的情况下，如何建立一套全面的5G关键技术评估指标体系和评估方法，实现客观有效的第三方评估，服务技术与资源管理的发展需要，同样是当前5G技术发展所面临的重要问题。
作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心（以下简称监测中心）正积极参与到5G相关的组织与研究项目中。
目前，监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构（SOA）的开放式电磁兼容分析测试平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。
面向5G关键技术评估工作，监测中心计划利用该平台搭建5G系统测试与验证环境，从而实现对5G各项关键技术客观高效的评估。
为充分把握5G技术命脉，确保与时俱进，监测中心积极投入到5G关键技术的跟踪梳理与研究工作当中，为5G频率规划、监测以及关键技术评估测试验证等工作提前进行技术储备。
下面对其中一些关键技术进行简要剖析和解读。
关键技术1：
高频段传输
移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，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。
高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。
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。
监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。
高频段资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。
关键技术2：
新型多天线传输
多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），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。
关键技术3：
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。
关键技术4：
D2D
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。
关键技术5：
密集网络
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。
关键技术6：
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是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。
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。
全面建设面向5G的技术测试评估平台能够为5G技术提供高效客观的评估机制，有利于加速5G研究和产业化进程。
5G测试评估平台将在现有认证体系要求的基础上平滑演进，从而加速测试平台的标准化及产业化，有利于我国参与未来国际5G认证体系，为5G技术的发展搭建腾飞的桥梁。
技术测试
2014年7月，爱立信宣布，在5G无线技术一项无线测试中，传输速度最高达到了5Gbps。
无线传输速度达到5Gbps，意味着比今天的LTE连接标准快了250倍，标志着无线传输速度再创新纪录。
这一传输速度，无论对于智能手机，还是汽车、医疗和其他设备而言，均将受益于此。
网络达到5Gbps速度，下载一部50GB的电影仅需80秒钟，而这一速度为谷歌光纤1Gbps传输速度的5倍
2016年2月，谷歌公司在新墨西哥州的美国航空港进行一项太阳能无人机高空传输5G网络的测试。
项目名为“SkyBender”，由鲜为人知的GoogleAccess团队一手操办，该团队同时还负责“Loon”项目，这也是一个致力于实现高空接传输高速网络的项目，不同的是通过无动力气球来实现。
[2]
2016年9月22日，PT展逐渐进入尾声，在首届5G创新发展高峰论坛上，中国IMT-2020（5G）推进组宣布了5G第一试验阶段结束。
5G标准化工作已全面拉开序幕，研发与试验工作也进入到攻坚阶段。
[3]
2017年3月，大唐在中国5G技术研发试验第二阶段测试中，基于北京怀柔外场测试环境，启动了3.5GHz频段5G外场速率与覆盖能力测试、宏基站和密集覆盖小基站之间的切换，以及针对未来融合组网的覆盖对比，标志着5G测试进入系统验证阶段。
[4]
2.4各国研究进展
目前全球都已开展5G的研究工作。
中国
2013年10月，我国启动了国家863计划“第五代移动通信系统研究开发”项目，今年投入1.6亿元人民币，在2020年之前，系统地研究5G移动通信体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术，完成性能评估及原型系统设计，进行技术试验与测试。
华为2014年2月22日宣布，在高频段无线5G空口环境下实现了高达115Gbps的峰值传输速率。
目前为止，华为已经在全球9个地域建立5G的创新研究中心。
中兴通讯于2014年2月发布了5G白皮书，其中描述了超大数据流量网络给消费者和企业实现了在广泛的日常生活和工作中可以即时按需接入实时应用和获取信息，将数字世界和物理世界合二为一。
全球4G建设部署方兴未艾，5G研究开发却悄然开启大幕。
全球最大的电信设备商华为称，已经在包括加拿大、英国等地为5G投入200多位研发人员，并在未来5年内为此继续投资6亿美元。
英国Surrey大学5G创新中心主任RahimTafazolli表示，到2010年，全球已经有140亿终端连接起来，但当今世界还有90%的东西未被连接，物联网是未来真正的杀手级应用，而不是现在大家讨论的音乐、视频等。
按照华为的设想，5G基站网络能力要达到现在4G的1千倍，移动数据传输率达到10Gbps的级别，并且传输延迟不超过1毫秒。
华为公司为5G设定的目标至少是，一个基站的容量要达到4G的1000倍，消费者端可以获得的速率会是10G。
2014年11月5日，华为承诺在英国萨里大学投资500万英镑（约合人民币4892万元）进行5G研究，以帮助该组织研究和测试下一代数据传输标准。
[7]
作为全球知名的电信服务及设备提供商，华为公司一直都以通信技术沉淀为傲，近日，华为宣布向英国萨里大学的5G创新中心提供约合630万美元的资金，用于5G网络的研发，联想到去年华为放出豪言投资6亿美元开发5G通信技术。
5G，是英文fifth-generation的缩写，指的是移动电话系统第五代，也是4G之后的延伸，去年5月份，韩国三星宣布已经成功开发出5G的核心技术，能够以每秒1GB的传输速度速度传递信息。
显然，5G技术是目前通讯技术的顶端，而华为也看准了5G网络日后的发展，在去年的11月6日，华为宣布投资6亿美元在5G网络的技术研发与创新之上，并给出了商用5G网络的应用时间：
2020年，距离2014年只有6年的时间。
[8]
欧洲
欧盟拨款5000万欧元加速5G技术发展2020年推出成熟标准
欧盟委员会副主席NeelieKroes在移动世界大会（MWC2013）上宣布，欧盟将拨款5000万欧元（约合6540万美元），加速5G移动技术的发展，计划到2020年推出成熟的标准。
5G公私合作联盟成立华为致力于共建全球5G生态圈
欧盟及产业界各方共同推动5GPPPAssociation（5G公私合作联盟）于2014年世界移动通信上正式宣告成立。
5GPPP是欧盟重点投入的5G旗舰研究项目群，总投资近7亿欧元用于基础性研究。
华为作为5GPPPAssociation成员，5GPPP欧洲技术平台委员会董事会成员，英国5G创新中心（5GIC）创始成员之一，中国5G研究国家项目的发起者之一，积极参与项目的制定，规划和执行。
欧盟与爱立信等5GPPP联盟成员启动全新5G合作项目
欧盟委员会携手“5G公私合作”（5GPPP）联盟于2014年2月推出全新5G基础设施公私合作项目，将深入研究未来十年5G通信基础设施的解决方案、架构、技术以及标准等。
5GPPP联盟由爱立信、阿尔卡特朗讯、诺基亚通信、Orange及卫星运营商SES创立，汇聚了电信业、IT业以及科研院所等多方参与者。
1.2亿美元英德将合作研究5G通信
英国首相卡梅伦2014年3月9日在汉诺威表示，英国与德国将加强在第五代移动通信技术（5G）和物联网研究上的合作，并共同推进欧洲电信市场一体化。
爱立信与两家合作伙伴在瑞典建立5G传输实验室
2014年3月，爱立信与瑞典皇家理工学院、瑞典ICT研究机构Acero携手，共同成立了5G传输实验室，三方将采取创新的合作方法，共同推动网络传输基础设施的进一步发展，这也是实现未来5G网络和网络社会的关键一步。
爱立信携手纽约大学无线中心共同加快5G移动技术的研发
爱立信于2014年4月宣布成为纽约大学无线中心（NYUWIRELESS）联合赞助商，双方将携手合作研究开发5G技术。
美国
英特尔推动毫米波无线频段5G研究
2014年3月，在成功主导将60GHz导入区域网络（LAN）后，英特尔正推动一项研究，以定义在下一代蜂窝系统中采用毫米波无线频段的提案。
据介绍，英特尔正与欧洲两大联盟以及三星（Samsung）等厂商合作，共同开发5G毫米波频谱计划。
该公司还在中国与韩国等地追踪有关5G的最新发展。
应对5G通信标准安捷伦布局高频及天线阵列测试技术
在国际电信联盟（ITU）和欧盟5GPPP全力促成下，5G无线通信标准已初具雏形，将采用高达10～80GHz频段、250MHz带宽，支持六十四根以上天线阵列技术。
由于测试测量技术与新技术的诞生息息相关，当前测试测量厂商都在加紧布局高频及天线陈列测试
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