第5代移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢解析

1、doi:10.3969/j.iss n.1002-0802.2014.03.001第5代移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢董愛先，王學(xué)軍(解放軍91635部隊，北京102249摘 要:第 5代移動通信技術(shù)(fifth-generation,5G是繼4G之后，為了滿足智能終 端的快速普及和移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展而正在研發(fā)的下一代無線移動通信技術(shù)，是面向2020年以后人類信息社會需求的無線移動通信系統(tǒng) 三首先介紹了 5G的概念 二應(yīng)用展望及性能特征；然后重點(diǎn)闡述了 5G的關(guān)鍵技術(shù)，包括高頻段傳輸技術(shù)二新 型多天線傳輸技術(shù)二設(shè)備間直接通信技術(shù)以及密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)技術(shù)等；最后分析了發(fā) 展5G技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)三關(guān)鍵詞:第5

2、代 移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 數(shù)據(jù)流量 峰值速率中圖分類號：TN91文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1002-0802(201403-0235-06Tech no logies and Future Developme nt Trend of5GMobile Communi cati on SystemDONG Ai-xia n,WANG Xue-ju n(Unit91635of PLA,Beijing102249,ChinaAbstract:The fifth-ge nerati on( 5Gmobile com muni cati on tech no logy,as the n ext gen erat

3、i on wireless m(? bile com muni cati on tech no logy followi ng the4G com muni cati on ,is now inten sively researched and deveioped,thus to meet the rapid popularizati on of in tellige nt term in als and the fast developme nt of mobile in te? n et,a nd furthermore,to meet the in formati on requirem

4、e nt of huma n society after2020.The basic con cep? ti on, applicati on prospects and performa nee of5G are described firstly in this paper.Then,the key tec? nologies of5G are illustrated emphatically,such as high freque ncy tran smissi on,m ulti-a ntenna tran smi? sio n,poi nt-to-poi nt com muni ca

5、tio n and dense networks.Finally,the challenges faced in the development of5G are discussed in detail.Key words:5G;mobile com muni cati on;n etwork architecture;data throughput;peak velocity0引言隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，無線移動通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量正以每年接近 100%的速度增長，預(yù)計未來10年,無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量將增加1000倍，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將高達(dá)500億臺（部，新興智能業(yè)務(wù)將層出不窮,迫切需要更加 高速

6、二更加高效二更加智能化的新一代無線移動通信技術(shù)來支撐三因此，在全球第4代移動通信（4G網(wǎng)絡(luò)的部署方興未艾之時，第5代移動通信技術(shù)（5G,fifth-generation 的研發(fā)已拉開大幕1,成為整個學(xué)術(shù)界和信息產(chǎn)業(yè)界最熱門的課題之一，掀起全球移 動通信領(lǐng)域新一輪的技術(shù)競爭 三5G是繼4G之后，為了滿足智能終端的快速普及和 移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展而正在研發(fā)的新一代移動通信技術(shù)，是面向2020年以后人類信息社會需求的第5代移動通信網(wǎng)絡(luò)三1 5G概念及應(yīng)用場景由于5G技術(shù)過于新穎，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界還沒有對其進(jìn)行定義；相關(guān)諸如國際電 信聯(lián)盟（ITU等國際通信標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)及全球3GPP二WiMAX等移動通信論壇

7、也沒有給 出正式的技術(shù)定義，使得5G技術(shù)至今還沒有一個清晰的概念三目前,國內(nèi)外專家學(xué)者沿用傳統(tǒng)的對移動通信技術(shù)的劃代方式，對5G進(jìn)行初步定義三常見的說四532四第47卷第3期2014年3月通信技術(shù)Commu nicatio ns Tech nology Vol.47 No.3 Mar.2014法是,5G就是傳輸速率達(dá)到10Gb/s的下一代移動通信技術(shù)2,美國著名的 時代 雜志,在報道5G時也沿用這種說法三歐盟關(guān)于5G技術(shù)研發(fā)的 構(gòu)建2020年信息社會的無線移動通信領(lǐng)域關(guān)鍵技 術(shù)”(METIS項(xiàng)目總體負(fù)責(zé)人，兼愛立信全球研究院大師級研究員 Afif Osseriran指出 2,5G是通過現(xiàn)有無線

8、技術(shù)演進(jìn)和開發(fā)補(bǔ)充性的新技術(shù)來構(gòu)建長期的網(wǎng)絡(luò)社會；通過集成多種無線接入技術(shù)提供極限體驗(yàn)來滿足用戶不同的需求，是多種新型無線接 入技術(shù)和現(xiàn)有無線接入技術(shù)集成后的解決方案總稱，是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)三5G是以用戶體驗(yàn)為中心，而不是傳統(tǒng)的以技術(shù)為中心的新型智能化自主網(wǎng)絡(luò)三歐盟METIS項(xiàng)目描繪的5G目標(biāo)是2,使數(shù)據(jù)流量增長1000倍;用戶數(shù)據(jù)速率提升 100倍，速率提升至10Gb/s以上;入網(wǎng)設(shè)備數(shù)量增加100倍;低功率設(shè)備的電池續(xù)航時 間增加10倍;端到端時延縮短5倍三在頻率分配上，從26GHz的頻段中選取2G頻 譜供5G使用，同時選擇超高頻段的頻譜用于室內(nèi)覆蓋的場景；所有功能以低成本和 可持

9、續(xù)發(fā)展的方式完成 三5G關(guān)鍵目的是用來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)社會，除了要滿足超高速的傳 輸需求外，還需要滿足超高容量二超可靠性二隨時隨地接入等要求三韓國信息技術(shù)融合研究所認(rèn)為，未來5G技術(shù)需同時達(dá)到 無線傳輸容量大二低 功率化二萬物互聯(lián)”等三大條件，并以此作為韓國5G技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo) 三我國863計劃5G專家組組長尤肖虎認(rèn)為,5G應(yīng)該具有超高的頻譜利用率和超 低的功耗，將與3G二4G無線移動通信技術(shù)密切融合,構(gòu)成新一代無所不在的移動信 息網(wǎng)絡(luò)，滿足未來10年移動互聯(lián)網(wǎng)流量增加1000倍的發(fā)展需求三華為公司技術(shù)專家表示,5G是在4G技術(shù)的基礎(chǔ)上，在吞吐率二時延二連接數(shù)量 二能耗等方面進(jìn)一步提升通信系統(tǒng)的性能

10、三綜合上述各方對5G的描述，筆者認(rèn)為,5G應(yīng)是一個繼第4代移動通信技術(shù)之后 二面向2020年以后人類信息社會需求的新一代移動通信系統(tǒng)，是一個通過技術(shù)演進(jìn) 和創(chuàng)新，綜合集成多業(yè)務(wù)多技術(shù)的融合網(wǎng)絡(luò)，能滿足未來各種業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需求，極 大地提升用戶體驗(yàn)三目前,國際電信聯(lián)盟（ITU下屬的無線電通信部門正在起草關(guān)于 2020年移動通信 的愿景和技術(shù)兩個文件，將對5G技術(shù)形成一個基本的全球共識 三業(yè)界預(yù)測,5G標(biāo)準(zhǔn) 化的正式進(jìn)程將在20152016年間在ITU-R WRC-15上正式啟動三根據(jù)METIS的研究,5G技術(shù)的未來應(yīng)用場景主要有3: 是超高速傳輸，為未來 移動寬帶用戶提供超高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入；二

11、是超大規(guī)模的用戶，為人口高密度地區(qū)或 場合提供高質(zhì)量移動寬帶服務(wù)；三是永遠(yuǎn)在線，隨時隨地最佳應(yīng)用，確保用戶在移動狀 態(tài)仍享有高品質(zhì)服務(wù)；四是超可靠的實(shí)時連接，確保新應(yīng)用和用戶在時延和可靠性方 面符合安全標(biāo)準(zhǔn)；五是無處不在的物物通信，確保高效處理多樣化的大規(guī)模設(shè)備通信， 包括機(jī)器類設(shè)備和傳感器聯(lián)接等 三在具體應(yīng)用方面主要有4:機(jī)器間通信，如車聯(lián)網(wǎng), 對車輛自動定位 二導(dǎo)航，甚至有自動駕駛功能；人機(jī)交互類型，如自動生物識別二帶傳 感器的遠(yuǎn)程醫(yī)療；人與人交互類型，如高速多媒體通信，終端有投影功能，能顯示3D圖 像三2 5G技術(shù)特征對于5G的未來愿景和應(yīng)用，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都進(jìn)行了相關(guān)描述，從這些描述中

12、 可以總結(jié)出人們對未來5G的技術(shù)需求，相對于傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡(luò),5G應(yīng)具有如下 的基本特征三2.1數(shù)據(jù)流量增長1000倍業(yè)界預(yù)測10年后，全球移動數(shù)據(jù)流量將達(dá)到2010年的1000倍三因此,5G的單位面積的吞吐量能力，特別是忙時吞吐量能力也要求提升 1000倍，至少達(dá)到 100Gb/s/km2 以上2.2聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)目擴(kuò)大100倍隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能終端的快速發(fā)展，預(yù)計2020年后，聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)目將達(dá)到 5001000億部（個三未來的5G網(wǎng)絡(luò)單位覆蓋面積內(nèi)支持的設(shè)備數(shù)目將大大增加,相對于目前的4G網(wǎng)絡(luò)將增長100倍,一些特殊應(yīng)用，單位面積內(nèi)通過5G聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù) 目將達(dá)到100萬/km2三2.3 峰值

13、速率至少10Gb/s面向2020年的5G網(wǎng)絡(luò),相對于4G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率，其峰值速率需要提升10倍, 即達(dá)到10Gb/s特殊場景下，用戶的單鏈路速率要求達(dá)到10Gb/s三四632四 通信技術(shù)2014 年2.4用戶可獲得速率達(dá)到10Mb/s,特殊用戶需求達(dá)到 100Mb/s未來5G網(wǎng)絡(luò),在絕大多數(shù)的條件下，任何用戶一般都能夠獲得10Mb/s以上 的速率，對于諸如急救車內(nèi)高清醫(yī)療圖像傳輸服務(wù)等特殊需求用戶和業(yè)務(wù) ，獲得速率 將高達(dá)100Mb/s三2.5時延短和可靠性高2020年的5G網(wǎng)絡(luò),要滿足用戶隨時隨地的在線體驗(yàn)服務(wù)，并滿足諸如應(yīng)急通信 二工業(yè)信息系統(tǒng)等更多高價值場景需求 三因此，要求進(jìn)一步降低

14、用戶時延和控制時 延,相對于4G網(wǎng)絡(luò)要縮短510倍三對于關(guān)系人類生命 二重大財產(chǎn)安全的業(yè)務(wù)，端到 端服務(wù)可靠性需提升到99.999%以上三2.6頻譜利用率高由于5G網(wǎng)絡(luò)的用戶規(guī)模大 二業(yè)務(wù)量大二流量高，對頻率的需求量大，要通過演 進(jìn)及頻率倍增或壓縮等創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，提升頻率利用率 三相對于4G網(wǎng)絡(luò),5G的平 均頻譜效率需要510倍的提升，解決大流量帶來的頻譜資源短缺問題 三2.7網(wǎng)絡(luò)耗能低綠色低碳二節(jié)省能源是未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，未來的5G網(wǎng)絡(luò),要利用端到 端的節(jié)能設(shè)計，使網(wǎng)絡(luò)綜合能耗效率提高1000倍,滿足1000倍流量要求，但能耗與現(xiàn) 有網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)乃饺? 5G關(guān)鍵技術(shù)目前，關(guān)于5G的關(guān)

15、鍵技術(shù)仍處于研究和發(fā)展階段,但業(yè)界和學(xué)術(shù)界認(rèn)為,5G的關(guān) 鍵技術(shù)應(yīng)該包括如下幾個方面6: 是5G無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與關(guān)鍵技術(shù) 三5G的核心技 術(shù)是異構(gòu)網(wǎng)的融合，相較于之前的3G二4G移動通信技術(shù)，需要考慮的是多技術(shù)的融 合與多業(yè)務(wù)的應(yīng)用 三因此,5G的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架更加復(fù)雜，需要對支持高速移動互聯(lián)的新型 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二高密度新型分布式協(xié)作與自組織組網(wǎng)二異構(gòu)系統(tǒng)無線資源聯(lián)合調(diào)配技術(shù) 等進(jìn)行研究三二是5G無線傳輸關(guān)鍵技術(shù) 三5G融合了傳統(tǒng)的移動通信技術(shù)，速率要 求達(dá)到10Gb/s以上三因此，要想在現(xiàn)有4G技術(shù)基礎(chǔ)上提高速率，必須研發(fā)新型的無 線傳輸技術(shù)，尤其是需要突破大規(guī)模業(yè)務(wù)所涉及的技術(shù)瓶頸，包括大規(guī)模協(xié)作配置

16、情 況下的無線傳輸 二陣列天線二低功率可配置射頻等新型關(guān)鍵技術(shù) 三另外，也要關(guān)注 新型信號處理技術(shù)，如:更先進(jìn)的干擾消除信號處理技術(shù)；新型多載波技術(shù)；協(xié)同無線 通信技術(shù)，例如:小基站(Small Cell的優(yōu)化技術(shù)等三三是5G移動通信系統(tǒng)總體技術(shù) 三5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流 量大，有關(guān)5G業(yè)務(wù)應(yīng)用技術(shù)二商業(yè)發(fā)展模式二用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉W(wǎng)絡(luò)演進(jìn)技術(shù)二空間 接口技術(shù)二面向5G頻譜應(yīng)用的信號傳播技術(shù) 二測量與建模等技術(shù)也都是重要研究 方向三另外，新型多天線技術(shù),例如:有源天線陣列二三維波束賦形二大規(guī)模天線等三 新的頻譜使用方式，例如:TDD/ FDD的融合使用；實(shí)現(xiàn)頻譜共享的認(rèn)知無線電技術(shù)等 三高頻段的使用例如

17、:6GHz以上高頻段通信技術(shù)等，也要多加關(guān)注三四是5G移動 通信測試驗(yàn)證技術(shù)三通信技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展離不開通信測試技術(shù)進(jìn)步,5G網(wǎng)絡(luò)相對于4G而言，是一個新興的技術(shù)，對其進(jìn)行測試的參數(shù)二精度二方式等也都發(fā)生了變化三 因此,要研究5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的評估與測試技術(shù)，建立仿真測試評估平臺和傳輸技 術(shù)仿真測試評估平臺 三下面對業(yè)界目前十分關(guān)注的5G關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡要介紹5,73.1高頻段傳輸技術(shù)目前的移動通信系統(tǒng)工作頻段主要在 3GHz以下，隨著用戶的增加，使得頻譜資 源十分擁擠，而在高頻段，如毫米波頻率范圍為26.5300GHz,帶寬高達(dá)273.5GHz,超 過從直流到微波全部帶寬的10倍三與微波相比毫米

18、波元器件的尺寸要小得多，毫米 波系統(tǒng)更容易小型化，可以實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面 的需求三韓國在28GHz頻段利用64根天線，采用自適應(yīng)波束賦形技術(shù)，在2公里的 距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 1Gb/s的峰值下載速率三3.2新型多天線傳輸技術(shù)多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無源到有源，從二維（2D到三維（3D,從高階多輸入多輸出 （MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，能將頻譜利用率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù) 重要的研究方向之一三引入有源天線陣列，基站可支持128個協(xié)作天線三將2D天線 陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術(shù),支持多用戶波束智能賦型， 減少用戶間干擾，加上毫米波技術(shù)優(yōu)勢

19、，將進(jìn)一步改善無線信號的覆蓋性能三目前研 究人員正在針對大規(guī)模天線信道測量與建模 二陣列設(shè)計與校準(zhǔn)二導(dǎo)頻信道二用戶空 分多址（SDMA二碼本及反饋機(jī)制等技術(shù)問題進(jìn)行四732四第47卷董愛先，王學(xué)軍:第5代移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢第3期研究，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能和提升覆蓋能力三3.3同時同頻全雙工技術(shù)同時同頻全雙工技術(shù)被認(rèn)為一項(xiàng)有效提高頻譜效率的技術(shù)，該技術(shù)是在同一個 物理信道上實(shí)現(xiàn)兩個方向信號的傳輸，即通過在通信雙工節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)處消除自身 發(fā)射機(jī)信號的干擾，在發(fā)射機(jī)信號同時，接收來自另一節(jié)點(diǎn)的同頻信號 三對比傳統(tǒng)的 時分雙工（TDD和頻分雙工（FDD而言,同時同頻全雙工可以將頻譜效率提高一倍 三 同時,

20、全雙工技術(shù)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 使用更加靈活三因此，該技術(shù)可有效解決5G對頻譜的需求三然而，全雙工技術(shù)需要 具備極高的干擾消除能力，這對干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時，還存在著鄰小 區(qū)同頻干擾問題三3.4設(shè)備間直接通信技術(shù)（D2D傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式，是以基站為中心實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋,中繼站及基站不 能移動，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活度有限制 三未來5G網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)流量大，用戶規(guī)模大，傳統(tǒng)的以 基站為中心的業(yè)務(wù)組網(wǎng)方式，無法滿足業(yè)務(wù)需求 三D2D直接通信技術(shù)能夠在沒有基 站的中轉(zhuǎn)下，實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備之間的直接通信，拓展了網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式 三D2D技術(shù) 是短距離直接通

21、信，信道質(zhì)量高，具有較高的數(shù)據(jù)速率二較低的時延和較低的功耗；通 過廣泛分布的終端設(shè)備，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網(wǎng)絡(luò) 架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性 三目前,D2D正在發(fā)展更強(qiáng)的中繼技 術(shù)二多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等，提高通信效率和質(zhì)量，將是5G采用的關(guān)鍵技術(shù) 之一三3.5密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5G是一個多元化 二寬帶化二綜合化二智能化的網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)流量將是4G的1000 倍三要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)有兩種技術(shù)：一是在宏基站處部署大規(guī)模天線來獲取更高的室 外空間增益，二是部署更多的密集網(wǎng)絡(luò)來滿足室內(nèi)和室外的數(shù)據(jù)需求 三針對未來5G 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，并且,

22、在相對等的條件下，密集網(wǎng)絡(luò)提 升的信噪比增益不低于大規(guī)模天線帶來的信噪比增益的特點(diǎn)，人們將超密集網(wǎng)絡(luò)做 為提高數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究三超密集網(wǎng)絡(luò)縮短發(fā)送端和接收端的物理距離 從而提升終端用戶的性能，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并能對業(yè)務(wù)進(jìn)行分流 具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用三未來，面向高頻段大寬帶，將采用更加 密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署高達(dá)100個以上小小區(qū)/扇區(qū)三3.6新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)為了滿足未來大規(guī)模 二高容量的業(yè)務(wù)需求，未來的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將具有扁平化 低時延二低成本二易維護(hù)特點(diǎn)三目前的業(yè)界主要集中在C-RAN和云架構(gòu)的研究C-RAN是根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件和技術(shù)進(jìn)步的趨勢，提出的

23、新型無線接入網(wǎng)構(gòu)架，是 基于集中化處理（Centralized Processing協(xié)作式無線電（Collabora? tive Radio和實(shí)時 云計算構(gòu)架（Real-time Cloud In? frastructure的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架（Clean system三 其本質(zhì)是通過充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線和集中化的中心節(jié) 點(diǎn)間傳送無線信號，以構(gòu)建覆蓋上百個基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入 系統(tǒng)三C-RAN架構(gòu)適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗,提升頻譜效率，同時 便于實(shí)現(xiàn)動態(tài)使用的智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù),減少運(yùn)營支出, 能滿足未來5G

24、網(wǎng)絡(luò)的需求三另外，基于云計算大規(guī)模協(xié)作的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是 5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)選項(xiàng)7三云 架構(gòu)無線接入網(wǎng)絡(luò)利用光纖分配網(wǎng)絡(luò)連接云機(jī)房的基帶處理單元 （BBU和室外的遠(yuǎn) 端射頻頭（RRH,可以通過BBU云”方式減少基站機(jī)房數(shù)量，減少設(shè)備特別是空調(diào)的能 耗;減少小區(qū)覆蓋以及大規(guī)模天線協(xié)作，大幅提高射頻功率效率；網(wǎng)絡(luò)動態(tài)資源協(xié)同調(diào) 度避免負(fù)載時段潮汐效應(yīng)造成的大量發(fā)射功率浪費(fèi)；集中化大規(guī)模協(xié)作，變小區(qū)間干 擾為增益,大幅度提高頻譜效率；軟件定義無線電技術(shù)靈活支持多標(biāo)準(zhǔn)，降低運(yùn)營成本3.7智能化技術(shù)5G的中心網(wǎng)絡(luò)將是一個大型服務(wù)器組成的云計算平臺，通過具有數(shù)據(jù)交換功能 的路由器及交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)與基站相連，宏基站

25、具有云計算和大數(shù)據(jù)存儲功能，特別大或 時效性強(qiáng)的數(shù)據(jù)將提交云計算中心網(wǎng)絡(luò)處理，基站或終端的形態(tài) 二數(shù)量多，不同的業(yè) 務(wù)采用不同的頻段，天線和連接方式多樣 三因此，需要具有智能配置 二智能識別二自 動模式切換的功能，實(shí)現(xiàn)智能自主組網(wǎng)，未來，智能化技術(shù)將是5G四832四 通信技術(shù)2014 年網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一三4 5G技術(shù)面臨的問題全面滿足2020年及以后信息社會對無線移動通信系統(tǒng)的需求 ，5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 面臨著頻率二運(yùn)營和技術(shù)上的挑戰(zhàn) 三目前，在技術(shù)上還需要解決如下的問題：技術(shù)與 系統(tǒng)融合二頻譜效率和容量提升二物聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)靈活性二降低網(wǎng)絡(luò)能耗二終端設(shè)備 二產(chǎn)業(yè)生態(tài)這6個方面3三4.1技術(shù)與系統(tǒng)融

26、合問題隨著芯片技術(shù)的更新?lián)Q代和智能終端的快速發(fā)展，無線移動通信業(yè)務(wù)和技術(shù)不 斷拓展和相互融合三未來的5G網(wǎng)絡(luò)將是一個集成多業(yè)務(wù)二多技術(shù)的融合網(wǎng)絡(luò)，是- 個多層次覆蓋的通信系統(tǒng) 三要將多種接入技術(shù) 二多種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)以及多層次覆蓋的系 統(tǒng)進(jìn)行綜合集成 二有機(jī)融合，高效利用等，就目前技術(shù)而言，還有許多需要解決的問題4.2頻譜效率和容量問題要實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量大 二用戶規(guī)模大二數(shù)據(jù)速率高二永遠(yuǎn)在線的需求目標(biāo)， 必須研發(fā)擴(kuò)展頻率二提高容量和空間效率二提升系統(tǒng)覆蓋層次和站點(diǎn)密度等各種通 信技術(shù)三例如，超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 二多天線技術(shù)和多址技術(shù) 二多輸入多輸出（MIMO空 間傳輸技術(shù)等新型通信技術(shù)，將成為未來5

27、G技術(shù)的重要研究方向 三新型傳輸技術(shù)的 啟用和組網(wǎng)方式的創(chuàng)新，將增加設(shè)備的復(fù)雜度和研發(fā)成本，對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)帶 來重大挑戰(zhàn)三4.3物聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)靈活性問題物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)二傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址 的普通物理對象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)將是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，未來5G 技術(shù)將與物聯(lián)網(wǎng)相互滲透，為人類提供更加廣泛的智能服務(wù)三但物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用還面臨著系統(tǒng)容量二服務(wù)質(zhì)量（QoS二傳輸瓶頸二安全隱患等挑戰(zhàn)三5G的用戶應(yīng)用更加 廣泛，業(yè)務(wù)范圍和業(yè)務(wù)靈活性也將極大提升三在信息速率上，5G既要滿足幾十個小時 甚至更長時間才突發(fā)一些小數(shù)據(jù)包的抄表業(yè)務(wù)，也要滿足3D全息實(shí)時會議寬

28、帶業(yè)務(wù) 三在延遲上，既要滿足對延遲不敏感的下載，也要滿足延遲5ms以下的即時控制業(yè)務(wù) 三就應(yīng)用上，既要滿足靜止和低速需求，也要滿足高鐵二航空器等的高速和超高速應(yīng) 用三因此，要想制定統(tǒng)一的通信協(xié)議，滿足業(yè)務(wù)靈活性，還面臨諸多挑戰(zhàn)三4.4網(wǎng)絡(luò)能耗與成本降低問題5G目標(biāo)是提供1000倍數(shù)據(jù)流量，并且運(yùn)營成本和用戶成本不能增加，這就意味 網(wǎng)絡(luò)總體能耗和整體成本基本不能提升 三因此,5G網(wǎng)絡(luò)的端到端比特能耗效率就要 提升1000倍，并且降低單位比特開銷1000倍,這對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二空間傳輸二內(nèi)容分發(fā) 二交換路由二網(wǎng)絡(luò)管理和優(yōu)化等技術(shù)帶來挑戰(zhàn) 三4.5終端設(shè)備問題5G是一個多技術(shù)的集成網(wǎng)絡(luò),融合了目前2G二3

29、G二4G的技術(shù)，并將啟用和開 發(fā)多種新興技術(shù) 三5G終端設(shè)備將支持510個甚至更多不同的無線通信技術(shù)，并且 要支持1Gb/s以上空間速率，待機(jī)時間達(dá)到現(xiàn)有的45倍三因此，要實(shí)現(xiàn)低成本多模 終端的研發(fā)，對終端設(shè)備的芯片和工藝二射頻技術(shù)以及器件二電池壽命等技術(shù)研發(fā) 帶來了挑戰(zhàn)三4.6產(chǎn)業(yè)生態(tài)問題傳統(tǒng)的3G二4G通信系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和技術(shù)為主體，未來5G網(wǎng)絡(luò)是以用戶 體驗(yàn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用為主體，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二管控理念并不適用未來5G的產(chǎn)業(yè)生態(tài)結(jié) 構(gòu)和潛在的新興運(yùn)營模式 三因此，需要發(fā)展諸如軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN新技術(shù)來滿足未 來業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，解決產(chǎn)業(yè)生態(tài)結(jié)構(gòu)問題三5 5G發(fā)展趨勢當(dāng)前，全球關(guān)于5G的技術(shù)

30、研究，還處于早期階段，將來還要經(jīng)過技術(shù)研究二標(biāo)準(zhǔn) 化二外場試驗(yàn)等階段，并最終實(shí)現(xiàn)商用部署三不過,盡管對于5G概念和技術(shù)仍在探 討,但對于5G標(biāo)準(zhǔn)融合的大方向，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界基本形成了共識 三在2G二3G 時代,不同的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之間存在較大的差異三而在4G時代,TD-LTE和LTE-FDD在核心網(wǎng)方面已擁有95%的相似性,在無線傳輸方面也有90%的相似性三面向 2020年的5G時代,在頻譜的使用上將更加高效和靈活，核心技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)將進(jìn)一 步融合，全球共用一套通信標(biāo)準(zhǔn)將成為5G技術(shù)的發(fā)展趨勢三6結(jié)語總之,5G是面向2020年信息社會需求的新一四932四第47卷董愛先，王學(xué)軍:第5代移動通信

31、技術(shù)及發(fā)展趨勢第3期www. txjszz. com 通信技術(shù)2014 年 muni cati on System J .Telecom muni catio ns Scien ce, SHEN Jie. Prospect of the Fifth-Ge neratio n Mobile Com- 著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,5G的關(guān)鍵技術(shù)將取 得實(shí)質(zhì)性的突破,具有更廣闊的 應(yīng)用前景，全面提升全球信息化程度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 三參考文獻(xiàn)：1 王鵬.4G未來 5G 已來:傳輸速率較 4G 高百倍網(wǎng)絡(luò)容 http: / / tech. ifeng. com / telecom / detail _ 201

32、3 _ 05 / 22 / WANG Pe ng. 4G Not Comi ng but 5G Comi ng: Tran smis量高千倍EB / OL . (2013 - 05 - 22 2014 - 02 - 20.技術(shù)進(jìn)行廣泛探討，盡管尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 但隨代移動通信系統(tǒng),學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界正在對其概念和5 王軍選.未來移動通信 系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)J.通信技 WANG Jun-xuan. Future Mobile Communication System gy, 2009, 42(9 :142-147術(shù),2009,42(09 :142-147. 2013,29(09 : 98-101.

33、 and Its Key Technologies J . Communications Technolo6 董禾U,陳金鷹，劉世林，等.第 五代移動通信初探J . DONG Li, CHEN Jin-ying, LIU Shi-lin, et al. Prelimi 通信與 信息技術(shù),2013,5(05 :53-55. 25570093_0. shtml. 2014-02-20 . http: / / tech. ifeng. com / telecom / detail 2李明.5G演進(jìn)路標(biāo)初定：預(yù)計2020年實(shí)現(xiàn)商用速率高h(yuǎn)ttp: / /www. c114. net / news /

34、16 / a767949. html.于 10Gbit / s EB / OL . (2013-05-222014-02-20 . _2013_05 / 22 / 25570093_0. shtml. Thousa nds Times of 4G EB / OL . (2013 - 05 - 22 sion Speed Is Hun dred Times and Network Cap acity Is 7 Sap a na Sin gh, PratapS in gh. Key Con cepts and Network 53-55. Communi cati on & In formatio n Technology,2013,5 (06 , nary of the Fifth Generation Mobile Communications J. 2012,1(05 :165-170. Journal of Scie ntific Rese