導語：5G移動通信技術現(xiàn)狀與趨勢一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

5g是面向2020年之后產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新一代移動通信系統(tǒng)。5G移動通信系統(tǒng)將具有超高的頻譜利用率和超低的功耗，傳輸速率和資源利用率等較4G移動通信提高一個量級，其無線覆蓋性能和用戶體驗將得到顯著提升。5G技術與其他通信技術相結合，構成的新一代移動信息網(wǎng)絡，將滿足未來10年移動互聯(lián)網(wǎng)流量增加1000倍的需求［1～5］。隨著5G移動通信系統(tǒng)應用領域的拓展，將提升海量傳感設備及機器與機器通信、高可靠低時延行業(yè)應用的支撐能力，5G將構成系統(tǒng)設計不可缺少的指標。未來5G系統(tǒng)具有網(wǎng)絡自感知智能化能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡自我調(diào)整，靈活應對未來信息社會的快速變化。按照業(yè)界的共識，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來5G主要應用領域。5G典型場景涉及未來人們生活和工作等各種區(qū)域，特別是密集住宅區(qū)、辦公室、露天集會及交通等場景。這些應用場景具有超高流量和連接數(shù)密度以及超高移動性等特征，對未來5G能力構成了挑戰(zhàn)。

1世界發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2016年初，國際標準化組織3GPP開始了面向5G的標準化研究;2017年12月，凍結了第一個支持非獨立組網(wǎng)的5G標準，即3GPPR15版本。5G應用包括增強移動寬帶、海量連接機器通信以及高可靠、低時延的物聯(lián)網(wǎng)應用等3個典型場景，并規(guī)定了包括頻譜效率、時間延遲、連接密度和峰值速率等在內(nèi)的8個維度關鍵技術指標需求［6～9］。按照目前網(wǎng)絡通信技術發(fā)展趨勢，未來可能入選5G無線網(wǎng)絡的核心關鍵技術包括:大規(guī)模天線矩陣、密集型網(wǎng)絡以及毫米波接入。另外，網(wǎng)絡虛擬化以及網(wǎng)絡切片技術，也是具有廣泛應用前景的核心關鍵技術，在云計算平臺上，通過計算資源的調(diào)配與遷移，實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡資源的動態(tài)配置，滿足未來5G的應用場景。5G成為各國信息技術發(fā)展的戰(zhàn)略制高點［10～15］。中國IMT-2020(5G)推進組、歐盟5GPPP、日本5GMF、韓國5G論壇、美洲5GAmericas等組織先后成立，推進各國和地區(qū)的5G需求、技術和頻譜研究工作，各國和地區(qū)的5G相關組織相繼成立，推動了5G產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。同時，中歐展開5G項目合作，IEEE也開始發(fā)力5G。2015年6月，國際電信聯(lián)盟ITU正式確定5G的時間表，針對5G發(fā)展愿景、應用需求、候選頻段、關鍵技術指標等深入進行了研討，達成了基本共識。世界無線電大會WRC15會議確定了可能用于5G的低頻段新頻率，并向WRC19推薦了高頻候選頻段。2015年底，3GPP啟動了5G標準化工作，由華為公司提出的極化碼技術，入選5G增強寬帶移動場景下的信道編碼技術標準。預計2018年年中提出支持獨立組網(wǎng)的5GR15標準，并在隨后的升級技術版本中逐步完善。計劃2019年底完成R16版本。2016年7月，VerizonV5G技術標準，F(xiàn)CC劃定相應5G頻譜，美國政府向5G投入4億美元資金。2016年初，韓國KT和SKTelecom、日本NTTDoCoMo以及美國Verizon宣布共同組成了一個全球5G試驗規(guī)范聯(lián)盟。Verizon于2016年7月宣布完成V5G無線標準的制定。同時，美國FCC全球首次劃定28GHz及以上約11GHz高頻段5G頻譜資源，美國政府宣布將投入4億美元支持5G技術研發(fā)和網(wǎng)絡測試，意欲在全球領先5G高頻段部署。2016年9月，日本運營商軟銀(SoftBank)和旗下的WirelessCityPlanning召開新聞會，宣布啟動面向下一代高速通信標準5G的項目，并在第一階段計劃商用可大幅擴展網(wǎng)絡容量的低頻MassiveMIMO技術。東京城區(qū)4個地點進行的實驗表明通信速度平均可以提升約6．7倍，且其展示使用的MassiveMIMO相關基站的供應商主要來自中國。2017年3月，歐盟公布了“5G行動計劃”具體測試計劃，并開始測試;2018年，開始預商用測試;2020年，各成員國將至少選一個城市開展5G服務;到2025年，各成員國將在城區(qū)和主要交通沿線開展5G服務。

2我國發(fā)展現(xiàn)狀與水平

在過去3個五年計劃中，我國在863計劃中相繼部署了3G、4G移動通信重大項目，推動了“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”重大專項的組織實施，由此極大地提高了我國移動通信技術研發(fā)水平，促進了我國移動通信產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展［16～18］。在無線組網(wǎng)新型構架基礎技術等方面，做出了一系列包括如CRAN、DAS等在內(nèi)的、有重要國際影響的研究成果;我國提出的TD技術入選國際標準，移動通信市場份額和產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界前列。“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”重大專項開展了5G總體框架與無線新技術的研究，為我國5G關鍵技術的研究進行了布局。此外，973計劃也對移動網(wǎng)絡體系創(chuàng)新研究進行了部署。2013年初，在相關部門支持下，面向5G移動通信研究與發(fā)展的IMT-2020推進組正式成立，旨在統(tǒng)籌產(chǎn)學研用等多方力量，研究5G技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，形成5G移動通信主要技術框架，為全面參與5G移動通信技術國際標準制定奠定了技術基礎［19～20］。2013年6月，863計劃部署了5G移動通信系統(tǒng)先期研究一期重大項目［21］，其總體目標是:面向2020年移動通信應用需求，研究5G網(wǎng)絡系統(tǒng)體系架構、無線組網(wǎng)和傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發(fā)與利用等關鍵技術，完成原型系統(tǒng)設計，并開展無線傳輸技術試驗，支持業(yè)務總速率達10Gbps，空中接口頻譜效率和功率效率較4G提升10倍。主要研究任務包括:5G無線網(wǎng)絡構架、5G無線傳輸、5G總體架構以及5G評估與測試驗證等。項目突破了高密度、高通量、超蜂窩無線網(wǎng)絡技術，解決了超微小區(qū)網(wǎng)絡協(xié)同與干擾消除等問題，將單位面積系統(tǒng)容量提高25倍左右;解決了大規(guī)模天線高維度信道建模與估計等問題，將無線傳輸頻譜和功率效率提升一個量級;開展了高頻段等新型頻譜資源傳輸與組網(wǎng)技術研究，將移動通信系統(tǒng)總的可用頻譜資源擴展4倍左右。2016年，我國開始了5G技術測試和實驗。2016年9月，5G第一階段測試結果由中國IMT-2020(5G)推進組，包括華為、中興通訊、大唐電信、愛立信、諾基亞上海貝爾、英特爾和三星等廠商都參與了測試。第二階段的工作已于2017年底完成，主要開展了面向移動互聯(lián)網(wǎng)，低時延、高可靠和低功耗無線空口以及網(wǎng)絡技術方案的研發(fā)和試驗。2018年2月，華為在世界移動通信大會上，了全球首款商用的、基于3GPPR15標準的5G芯片。2018年4月，中國移動聯(lián)合中興通訊打通首個國內(nèi)5G電話［22］，測試采用的5G基站、核心網(wǎng)以及測試終端等全部基于3GPPR15版本。

3進一步發(fā)展重點

5G移動通信技術研究開發(fā)已進入關鍵時期。盡管ITU已經(jīng)明確了5G的關鍵技術指標，并給出了5G的商用化進程時間表，但5G發(fā)展仍然面臨較大的不確定性。首先，5G未來發(fā)展將沿著幾種完全不同的技術路線發(fā)展演進，其中高頻段發(fā)展路線尚不清晰。其次，5G移動通信系統(tǒng)需滿足多個維度的關鍵技術指標，以適應高速移動互聯(lián)網(wǎng)、大規(guī)模物與物互聯(lián)以及高可靠、低時延的應用需求，目前尚不存在完全滿足上述指標和應用需求且較為成熟的技術方案，5G技術發(fā)展與演進可能會進入一個“循序漸進、逐步到位”的發(fā)展進程。“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”科技重大專項，已將5G列入“十三五”重點發(fā)展任務，擬通過“十三五”的組織實施，使我國5G的技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化走在世界前列。我國5G移動通信研發(fā)已經(jīng)具備了較為雄厚的技術與產(chǎn)業(yè)基礎，但相對發(fā)達國家，仍然存在明顯的技術短板，需要圍繞國家重大科技專項的實施統(tǒng)籌布局5G系統(tǒng)研發(fā)，并在“十三五”國家重點研發(fā)計劃相關科技重點專項中，重點部署5G以及后5G移動通信關鍵技術與系統(tǒng)研發(fā)，以增強我國應對5G技術未來發(fā)展不確定性的能力，具體如下:(1)強化毫米波及太赫茲等新型頻譜資源開發(fā)利用、基礎技術及關鍵器件的研發(fā)。我國在這一領域的研發(fā)基礎相對薄弱，尚未系統(tǒng)地掌握這一領域的關鍵技術與關鍵器件，勢必影響到我國5G移動通信產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展。目前我國已初步掌握了單通道毫米波與太赫茲系統(tǒng)與器件技術，未來應重點攻克天線及射頻通道數(shù)達到數(shù)百至數(shù)千時的系統(tǒng)與終端設計技術、混合構架波束成形集成電路設計技術、一體化天線與射頻封裝技術、設計與加工工藝等關鍵技術，并針對毫米波與太赫茲頻段的有效利用，開展基礎理論和方法研究。(2)強化開放構架移動通信系統(tǒng)設計與關鍵技術研發(fā)。我國從事5G研發(fā)的核心企業(yè)主要來自傳統(tǒng)電信領域的設備制造企業(yè)和運營企業(yè)，尚不完全適應未來信息網(wǎng)絡不斷由封閉走向開放的發(fā)展進程。應借鑒美國NSF的5G發(fā)展思路，加強5G開放性新構架的研究，構建規(guī)模性、開放性、可重構的公共試驗平臺，鼓勵新技術在開放環(huán)境下快速發(fā)展。(3)強化無線通信技術與高速光通信、先進計算和大數(shù)據(jù)技術的深度交叉融合研究。無線通信技術發(fā)展已逐步趨于性能極限，未來發(fā)展正呈現(xiàn)高速光互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、新型微電子與光電子器件、大規(guī)模射頻與天線技術密切結合與相互融合的特征，以應對互聯(lián)網(wǎng)絡業(yè)務爆炸式增長與多樣性發(fā)展的應用需求。應破除傳統(tǒng)學科條塊分割的限制，以系統(tǒng)應用為牽引，強化學科交叉融合研究。

4對策與建議

(1)堅持5G唯一標準。支持3GPP作為5G唯一標準。借鑒4G成功經(jīng)驗，以“開放、融合”的心態(tài)參與全球競爭與合作，在標準化制定中盡可能達成一致意見。提升中國在3GPPNR標準化中的貢獻度，支持5G標準化中知識產(chǎn)權各方均衡。(2)明確5G高頻頻譜規(guī)劃。加快高頻段布局和規(guī)劃，推動中國與全球盡可能一致的高頻段劃分，促進中國政府高頻段發(fā)展的產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)，加快高頻段試驗試點，降低V5G等高頻段標準發(fā)展帶來的產(chǎn)業(yè)和市場壓力。(3)加快5G低頻段產(chǎn)業(yè)化進程。盡早5G預商用頻段和開展網(wǎng)絡建設，推動與其他國家協(xié)調(diào)一致，規(guī)劃更多6GHz以下頻率用于5G，保證低頻段網(wǎng)絡發(fā)展的優(yōu)先級，促進低頻段5G產(chǎn)業(yè)盡快成熟壯大。(4)彌補5G技術薄弱環(huán)節(jié)。針對高頻段器件、芯片以及相關測試測量等薄弱領域開展攻關，設立專項資金，盡快培育高頻段產(chǎn)業(yè)能力。(5)加強5G跨界融合。鼓勵和協(xié)調(diào)國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界以及更多垂直行業(yè)盡早參與研發(fā)規(guī)劃，使5G的研發(fā)能與“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國制造2025”有機銜接。(6)加強管理協(xié)調(diào)。借鑒美國開放性5G的發(fā)展經(jīng)驗，改革國家項目管理，引入第三方管理模式。

作者:傅耀威 徐 泓 楊國威 孟憲佳 宋 陽 單位:科學技術部高技術中心