5G移动通信发展趋势与若干关键技术.pdf

中国科学:信息科学2014年第44卷第5期:551{563
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评述

5G移动通信发展趋势与若干关键技术

尤肖虎¬∗,潘志文¬,高西奇¬,曹淑敏­,邬贺铨®

¬东南大学移动通信国家重点实验室,南京210096
­工业和信息化部电信研究院,北京100191
®中国工程院,北京100088
*通信作者.E-mail:[e-mail]

收稿日期:2014{02{19;接受日期:2014{03{21
国家高技术研究发展计划(批准号:2014AA01A704)、国家自然科学基金委员会创新群体(批准号:61221002)和Intel公司资助
项目

摘要第5代移动通信系统(5G)是面向2020年之后的新一代移动通信系统,其技术发展尚处于探
索阶段.结合国内外移动通信发展的最新趋势,本文对5G移动通信发展的基本需求、技术特点与可
能发展途径进行了展望,并分无线传输和无线网络两个部分,重点论述了富有发展前景的7项5G移
动通信关键技术,包括大规模天线阵列、基于滤波器组的多载波技术、全双工复用、超密集网络、自
组织网络、软件定义网络及内容分发网络.本文还概括性地介绍了国内5G移动通信的相关研发活
动及其近期发展目标.

关键词5G关键技术发展趋势无线传输技术无线网络技术

1概述与总体趋势

5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统.根据移动通信的发展规律,
5G将具有超高的频谱利用率和能效,在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级
或更高,其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高.5G移动通信将与其
他无线移动通信技术密切结合,构成新一代无所不在的移动信息网络,满足未来10年移动互联网流
量增加1000倍的发展需求.5G移动通信系统的应用领域也将进一步扩展,对海量传感设备及机器与
机器(M2M)通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一.未来5G系统还须具备充分的灵活性,
具有网络自感知、自调整等智能化能力,以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化.
5G已经成为国内外移动通信领域的研究热点.2013年初欧盟在第7框架计划启动了面向5G研
发的METIS(mobileandwirelesscommunicationsenablersforthe2020informationsociety)项目[1],
由包括我国华为公司等29个参加方共同承担;韩国和中国分别成立了5G技术论坛和IMT-2020(5G)
推进组,我国863计划也分别于2013年6月和2014年3月启动了5G重大项目一期和二期研发课
题.目前,世界各国正就5G的发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标及使能技术进行广泛的
研讨,力求在2015年世界无线电大会前后达成共识,并于2016年后启动有关标准化进程[2].

引用格式:尤肖虎,潘志文,高西奇,等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术.中国科学:信息科学,2014,44:551{563,doi:
10.1360/N112014-00032
尤肖虎等:5G移动通信发展趋势与若干关键技术

移动互联网的蓬勃发展是5G移动通信的主要驱动力.移动互联网将是未来各种新兴业务的基础
性业务平台,现有固定互联网的各种业务将越来越多地通过无线方式提供给用户,云计算及后台服务
的广泛应用将对5G移动通信系统提出更高的传输质量与系统容量要求.5G移动通信系统的主要发
展目标将是与其他无线移动通信技术密切衔接,为移动互联网的快速发展提供无所不在的基础性业务
能力.按照目前业界的初步估计,包括5G在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在3个维度上
同时进行:1)通过引入新的无线传输技术将资源利用率在4G的基础上提高10倍以上;2)通过引入
新的体系结构(如超密集小区结构等)和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高25倍左右;
3)进一步挖掘新的频率资源(如高频段、毫米波与可见光等),使未来无线移动通信的频率资源扩展4
倍左右.
当前信息技术发展正处于新的变革时期,5G技术发展呈现出新的如下特点.
1)5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验,网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚
拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标.
2)与传统的移动通信系统理念不同,5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码
等经典技术作为核心目标,而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重
点,力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高.
3)室内移动通信业务已占据应用的主导地位,5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统
优先设计目标,从而改变