為推動全球5G概念的形成，我國IMT-2020(5G)推進組對5G主要場景、技術需求和關鍵技術等進行了深入研究，并從中提煉了5G概念和技術路線。在標準化方面，國際電信聯(lián)盟(ITU)即將完成5G標準前期研究，并明確提出了IMT-2020標準工作計劃，國際主流移動通信標準組織3GPP近期也啟動了5G相關議題討論。
5G面臨四大場景技術挑戰(zhàn)
面向2020年及未來，移動互聯(lián)網和物聯(lián)網將成為5G發(fā)展的主要驅動力。5G將滿足人們在居住、工作、休閑和交通等各種場景的多樣化業(yè)務需求。從對移動互聯(lián)網和物聯(lián)網的需求出發(fā)，可提煉出5G的四個主要技術場景：連續(xù)廣域覆蓋場景、熱點高容量場景、低功耗大連接場景和低時延高可靠場景。其中，前兩種場景主要面向移動互聯(lián)網應用，后兩種場景主要面向物聯(lián)網及垂直行業(yè)應用。
5G面臨四大場景的多樣化技術挑戰(zhàn)。連續(xù)廣域覆蓋場景采用移動通信最基本的覆蓋方式，需要隨時隨地為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗速率;熱點高容量場景面向局部熱點區(qū)域，需要滿足用戶極高的數據傳輸速率和區(qū)域范圍內極高的數據流量需求，主要挑戰(zhàn)包括1Gbps用戶體驗速率、數十Gbps峰值速率和數十Tbps/平方公里流量密度;低功耗大連接場景主要面向海量的低功耗物聯(lián)網應用，不僅要求5G網絡具備超千億設備的總連接能力和100萬/平方公里的連接數密度要求，還需保證終端的超低功耗和超低成本;低時延高可靠場景主要面向車聯(lián)網、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的苛刻要求，需要實現(xiàn)毫秒級端到端時延和接近100%的可靠性。
5G創(chuàng)新源自無線和網絡兩方面
與以往幾代移動通信技術不同，5G技術創(chuàng)新的來源將會更加豐富，不僅無線技術會出現(xiàn)重大創(chuàng)新，而且網絡技術也會出現(xiàn)重大變革。
在無線技術方面，5G將采用大規(guī)模天線陣列、超密集組網、新型多址和全頻譜接入四大核心關鍵技術。大規(guī)模天線陣列通過增加天線數可支持數十個獨立的空間數據流，能夠數倍提升系統(tǒng)頻譜效率和容量。超密集組網通過增加基站密度，可實現(xiàn)頻率復用效率的巨大提升。新型多址通過發(fā)送信號在碼域/空域/時域/頻域的疊加傳輸，可實現(xiàn)多場景下系統(tǒng)頻譜效率和接入能力的顯著提升，并可通過免調度傳輸降低信令開銷、時延和終端功耗，潛在技術方案包括SCMA、MUSA、PDMA和NOMA等。全頻譜接入能夠有效利用各種移動通信頻譜來提升傳輸速率。其中，6GHz以下頻段傳播特性較好，可作為5G優(yōu)選頻段;6GHz以上頻段可作為后續(xù)補充頻段。此外，F(xiàn)BMC、F-OFDM、全雙工、靈活雙工、D2D、多元LDPC碼、網絡編碼、極化碼等也被認為是潛在的5G無線關鍵技術。
面對多樣化的5G場景，需采用合適的無線技術以滿足相應需求。
——在連續(xù)廣域覆蓋場景，大規(guī)模天線陣列能夠大幅提升系統(tǒng)頻譜效率，提升用戶體驗速率，是連續(xù)廣域覆蓋場景最主要的使能技術之一，新型多址技術可與大規(guī)模天線陣列相結合，進一步提升頻譜效率和多用戶接入能力。
——在熱點高容量場景，超密集組網能夠極大提升單位面積內的頻率復用效率，并能夠與大規(guī)模天線陣列和新型多址相結合，進一步提升系統(tǒng)頻譜效率，全頻譜接入能夠充分利用低頻和高頻資源，實現(xiàn)更高的傳輸速率和更大的系統(tǒng)容量。
——在低功耗大連接場景，新型多址能夠成倍提升系統(tǒng)的設備連接能力，并可通過免調度機制降低信令開銷和終端功耗;F-OFDM和FBMC可靈活使用碎片頻譜，支持窄帶和小數據包，并降低功耗與成本;D2D可避免基站與終端間的長距離傳輸，從而降低功耗和提升傳輸效率。
——在低時延高可靠場景，應采用短幀結構和精簡的信令流程，并引入新型多址和D2D等技術以減少信令交互和數據中轉，還可采用更先進的調制編碼和重傳機制以提升傳輸的可靠性。
在網絡技術方面，5G將采用“三朵云”的新型網絡架構，整個網絡將會更加靈活、智能、高效和開放。5G網絡將以SDN和NFV作為基礎使能技術，網絡架構可分為接入云、控制云和轉發(fā)云三個域。接入云支持多制式無線接入，融合集中式、分布式及Mesh無線接入網架構，適應各種類型的回傳鏈路，實現(xiàn)更靈活的組網部署和更高效的無線資源管理。5G網絡控制功能和數據轉發(fā)功能將解耦，從而形成集中統(tǒng)一的控制云和靈活高效的轉發(fā)云?？刂圃茖崿F(xiàn)局部和全局會話控制、移動性管理和服務質量保證，并構建面向業(yè)務的網絡能力開放接口，從而滿足業(yè)務的差異化需求，并提升業(yè)務的部署效率。轉發(fā)云基于通用的硬件平臺，在控制云的高效控制下，實現(xiàn)海量業(yè)務數據的高可靠、低時延、均負載的高效傳輸。
5G概念及技術路線
綜合需求與技術趨勢，5G概念可由“標志性能力指標”和“一組關鍵技術”來共同定義。用戶體驗速率是業(yè)界公認的5G最重要的性能指標，它體現(xiàn)了用戶可獲得的真實數據速率，是用戶感受最密切的性能指標。根據5G主要場景的技術需求，5G標志性能力指標應為“Gbps用戶體驗速率”。在關鍵技術方面，5G將采用包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構在內的一組關鍵技術，以滿足各種場景的差異化需求。
從移動通信技術、標準和產業(yè)發(fā)展趨勢來看，5G存在新空口和4G演進兩條技術路線。新空口路線主要面向新場景和新頻段進行全新的空口設計，不考慮與4G框架的兼容，通過新的方案設計或引入創(chuàng)新型技術來滿足4G演進路線無法滿足的業(yè)務需求及挑戰(zhàn)， 重點考慮滿足物聯(lián)網場景和高頻段應用需求。4G演進路線通過在現(xiàn)有4G框架基礎上引入增強型新技術，在保證兼容性的同時進一步提升系統(tǒng)性能，能夠在一定程度上滿足5G場景與業(yè)務需求。此外，下一代無線局域網(IEEE 802.11ax)將成為5G的重要補充并將與5G深度融合，共同為用戶提供服務。
ITU從2012年開始組織全球業(yè)界開展5G愿景、技術趨勢等前期研究，以達成全球對5G的共識。隨著上述工作逐步進入尾聲，ITU近期對外發(fā)布了IMT-2020工作計劃，將于2016年年初啟動5G技術性能需求和評估方法研究，2017年年底啟動5G候選提案征集，2020年年底完成標準制定。
作為國際主流移動通信標準組織，3GPP在近期啟動了5G議題討論。2015年2月，SA1工作組啟動了未來新業(yè)務需求研究;2015年3月RAN工作組也啟動了5G議題討論，并計劃在2015年9月召開5G研討會，2015年年底啟動5G接入網需求、信道模型等前期研究工作。預計正式的5G標準研究項目(SI)將于3GPPR14啟動，5G標準工作項目(WI)將于R15階段啟動，R16及以后將對5G標準進行進一步完善。
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