5G发展路线和关键技术

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6月18日刚结束的ITU-R WP5D第22次会议，确定了5G的名称、场景、能力和时间表等重要内容，第五代移动通信的发展已经进入了技术研究和标准化的重要时期。这里重点介绍5G发展的一些重要的情况和信息，以及5G的关键技术和观点。

一、5G发展路线和基本概念

ITU-R WP5D第22次会议正式确认，ITU命名5G为IMT-2020。IMT家族3G为IMT-2000，4G为IMT-Advanced，5G为IMT-2020。

我国在2013年就成立了5G推进组，名字就叫IMT-2020推进组。这个名字也是做了许多工作后得到的进展。这个建议就是我国代表团提出的。5G的标准化工作应该在2020年完成第一个商用版本。

上图显示：移动通信的跨代演进是从需求和应用角度出发的。30多年，全球移动通信共经历了4代的发展，从第一代的语音，到第二代的语音+文本，再到第三代的多媒体，到现在的第四代的移动互联网。

关于5G，最重要的特点就是大数据、众连接和场景体验。大数据，就是数据量大、数据速率高、数据服务为主，为移动互联网的发展提供支持；众连接就是大量的物联网终端用户接入，提供连接一切的能力；场景体验就是提供对应不同场景的高用户体验。

上图是ITU给出的5G的应用场景需求：分为三个场景，一个是支持移动互联网的MBB的演进发展，两个是物联网的发展，物联网的场景中，一个是大量低功耗连接的场景，一个是高要求的高可靠低时延的场景。

上图是我国的IMT-2020推进组给出的场景，是4个场景，实际与ITU相同，只是把支持移动互联网的场景又分为广覆盖和热点覆盖两种场景。由于需求和应用的场景的复杂性，对5G的技术需求和能力要求的研究也变得复杂了。我国提出的是“5G之花”的需求，基本被ITU认可，下图是我国提出的5G之花。

这个图中，只有成本效率一条没有被接受。因为大家认为，成本的概念难以统一，衡量较为困难。下面给出这次会议给出的5G的能力需求。这是有8个维度的雷达图的需求。

指标中关于数据速率有两个指标：峰值速率（这是以前的指标）和用户体验速率（这个指标更好地反映了用户能够得到服务的速率）；关于用户密度有两个指标：容量的密度和链接的密度；关于效率的两个指标：频谱效率和能量效率；关于体验质量的两个指标：时延和移动速度。

与以前的移动通信比，能力指标大大增加了。以前移动通信的惯例是两个指标。韩国曾经提过一个5G的能力指标图如下：

如果按照这个图，就是峰值速率增加，移动速度增加而已。

上图表示，这些需求和指标并不是在任何场景和应用中都要同时满足的。针对不同的场景，应该有对应的一组指标来满足。上图中，按照我们前面介绍的三个场景分别给出了相应的指标。比如：对于高质量的物联网场景，重要指标是时延、移动速度。

因此，我们给出了5G的基本概念：对应多个场景的需求、满足一组能力指标，提供一组关键技术。

二、5G关键技术

现在提出的比较典型的关键技术包括：大规模天线、超密集组网、非正交传输和高频段通信、低时延高可靠等。

上图是大规模天线的示意图和样机图。大规模天线实际就是大规模天线阵列，天线阵列单元达到128或更高的数量。由于更高频段的使用，阵列的尺寸不是问题。大规模天线为无线网的覆盖和效率的提升提供了基础。

超密集组网简称UDN（Ultra Dense Network）。超密集组网就是超密集小区覆盖，是提高无线能力的另外一项重要的技术，尤其为热点速率和效率的提升提供了支持。

非正交传输是大家都很关注的另外一项关键技术。下图是PDMA，是大唐集团提出的技术方案。

PDMA技术的关键是：接收机需要有干扰消除的信号处理能力，发送端基于此来设计发送信号，就可以实现频谱资源的复用，大大提升频谱效率、服务的用户数和使用的灵活性。

关键技术中还有一项是高频段通信：由于频谱的紧张和需求速率的提高，5G将会采用3G到6GHz以及6GHz以上的频率，高频段技术的开发尤为重要。

上图是关于高频信道测量的系统示意图。掌握信道特性，是设计系统和研发设备的基础。

上图是关于低时延高可靠系统的设计和我们做的LTE-V系统的示意图。低时延高可靠是实现车辆网和工业控制的关键技术，也是对5G系统提出的一个很高的要求。

三、5G时代TDD的优势

在这些空口技术中，我们看到，大多数技术是以TDD为主的，或者说在实现上TDD具有明显的优势：比如大规模天线技术、超密集组网技术、高频段通信技术等，TDD技术在其中一定是占据主导地位。我们称之为TDD优势的技术：technologies with TDD Priority。

在技术发展路线上，LTE的发展演进是5G的一个重要的组成部分，而对于新的场景和新的频段，则会对应新的技术和设计。未来的5G系统将是演进、融合和创新的系统。

在5G中，TDD和FDD都会得到充分的发展，会针对不同的应用场景得到不同的应用。从整个特点来看，TDD将会得到更大的发展。如我们前面提到的：很多技术在实现上TDD具有明显的优势：比如大规模天线技术、超密集组网技术、高频段通信技术等，TDD技术在其中占据主导地位。TDD优势的技术，即technologies with TDD Priority，将是5G技术的重点内容。

四、5G发展的特点

5G发展是以移动互联网和物联网作为主要需求和驱动力，也决定了5G的应用场景。5G的丰富应用，决定了需求和应用场景的复杂性。多应用场景的需求和体验是5G的一个重要特点。

多场景应用和体验的需求，决定了5G的技术和能力需求也是多个维度的。也即，5G的能力要求是一组要求。还应该看到，并不是这组能力要求在任何场景下都需要得到满足，而是不同的场景需要满足不同的能力要求组合。

对应一组应用场景需求和一组能力要求，同样，也需要由一组技术来支撑相应系统的实现。

整体上，5G的发展具有如下特点：

1、5G发展特点之一：是一个多场景、多指标、多技术的体系。这是区别于以前几代标准的一个重要特征，这也是5G作为面向2020年以后人类信息社会需求的移动通信系统，它是一个多业务多技术融合的网络，通过技术的演进和创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。

2、5G发展特点之二：系统与标准体系的设计至关重要。5G的特点不在于颠覆性的底层技术，而在于系统与标准的设计，使5G可以为迎接一个连接一切的系统来服务。以前是因为多个标准体系要做多模，而5G则是在一个标准体系下也要实现多模，而且是智能的多模，从而更好地为多种场景的体验服务。

3、5G发展特点之三：涉及全产业链的能力。5G的竞争将不仅仅是通信基础技术的竞争，而且是系统和标准体系设计和推动的竞争，是基础产业全产业链的竞争。所以在5G中，特别重要的两点是：1）系统设计和标准体系设计和推动能力；2）基础产业能力，包括元器件、芯片、软件、基础设施以及应用系统和服务的能力。