5G发展现状

欧盟投资2700万欧元研发5G 计划2020年提供商用

通信世界网讯(CWW) 全球4G建设部署方兴未艾，5G研究开发已在全球开启大幕。欧盟宣布成立METIS，投资2700万欧元用于5G技术应用研究。据了解，METIS由29个成员组成，其中包括爱立信、华为、法国电信等主要设备商和运营商，欧洲众多的学术机构以及宝马集团。

METIS 5G项目总体负责人、爱立信全球研究院大师级研究员Afif Osseiran博士21日接受媒体采访表示，5G研究背景在于：随着社会的发展，移动和无线通信系统的使用方式也将变化。电子银行、电子教学和电子医疗等核心服务将继续普及并更具移动性。社会发展将带来移动和无线流量的激增，预计在未来十年中将增加一千倍。人机之间的混合通信将带动流量增长，高效、便捷和安全地访问和共享信息变得异常重要。物联网和其他新型创新应用的出现将催生数百亿个互联设备出现，产生前所未有的多样性要求和与无线连接性相关的应用场景。

爱立信大师级研究员_Afif Osseiran博士

欧盟抢先一步

METIS是Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty (2020) Information Society的缩写，欧盟在2012年11月正式启动该项目，其目标是为建立下一代（5G）移动和无线通信系统奠定基础，为未来的移动通信和无线技术在需求、特性和指标上达成共识，取得在概念、雏形、关键技术组成上的统一意见。据Afif Osseiran博士介绍，目前第一阶段计划运行30个月，目前有80多名全球专家全职参与。METIS的总体目标是“为2020年以后的“5G”移动与无线通信，奠定理论和技术基础，确保成为一个全球论坛，并达成早期全球共识。”

对于5G是将采用什么样的新技术，Afif Osseiran博士说，相对于2G、3G以及4G技术来讲，5G的概念是一个综合的整体性范围，它主要是“现有无线技术演进和开发补充性的新技术”，目标为构建长期网络社会。从目前看，3G、4G、WiFi等无线接入技术都是5G的重要技术组成部分。

在具体技术目标方面，Afif Osseiran博士说，新的系统概念支持以下指标：单位面积移动数据流量增长1000倍、典型用户数据速率提升10到100倍、联网设备的数量增加10到100倍、低功率MMC（机器型设备）的电池续航时间增加10倍、端到端时延缩短5倍。

根据计划，METIS第一阶段是2012-2015年，主要是工作是探索5G新架构、基本原理和系统概念，2016-2018年进行第二阶段，主要是系统优化、标准化和网络试验，第三阶段是2018-2020年，进行试商用。如果一切顺利，预计在2020年全面进行5G

商用。

全球5G竞争拉开序幕

目前全球各国都已开展5G的研究工作。中国工业和信息化部科技司司长闻库此前表示，工信部已成立工作小组进行5G研发，中国移动研究院等国内组织也有相关部门在推进。此前有报道称，三星已开展5G技术试验，透过64根天线，以28GHz频段进行最快达1.056Gbps的速度进行无线传输，最远传输距离可达2公里，其速度几乎是4G的百倍以上。目前国际电联成立ITU-R论坛来推进全球5G技术研发和市场推动。

据了解，欧盟联合全球力量开展5G研究。Afif Osseiran博士介绍说，METIS将帮助移动和无线通信业界扩展市场，带来众多新的商机，并使相关产业能受益于大量增长的移动连接和业务需求。几个全新的概念和课题如多设备智能互联(Device-to-Device Communication)、超密度网络（Ultra-Dense Network)、超可靠通信(Ultra-Reliable Communication)将由该项目发展成型。这些新的课题将支持业务和应用领域的发展。

目前METIS合作伙伴包括阿尔卡特-朗讯、爱立信、华为、诺基亚、诺基亚西门子5家五家设备厂商，德国电信，日本DOCOMO，法国电信，意大利电信，西班牙电信五家运营商以及13所大学和研究机构、宝马汽车和一家其它行业企业。

METIS 目前划分成8个工作组，其中6个属于纯技术范畴（WP1-6）， WP7 侧重标准制定与发布， WP8 为项目管理和监管。Afif Osseiran博士介绍说，爱立信不仅负责METIS的总体项目管理，还承担标准制定与发布、系统设计与性能指标这两项核心任务，即WP6、WP7和WP8。

爱立信曾展示5G应用

对于5G是什么，作为爱立信全球研究院大师级研究员Afif Osseiran博士这样表述：5G将作为用户享受极限网络体验的方式，5G不是一个网络技术，也不是几个完全新的无线接入技术，而是采用“以体验中心的方式”——而不是以往以技术中心的方式，通过集成多种无线接入技术提供极限体验来满足不同的需求。

其实在今年的巴塞罗那移动世界大会期间，爱立信就用5G、“超级城市互联”和“机遇之窗”等主题展示了2020年以后的高速互联社会的样子。在“5G系统”中，爱立信展示了如何用可持续和低成本的方式来有效管理五百亿的连接。在“互联超级城市”中则演示了ICT (Information Communication Technology)如何能提高安全性和创造性，为占世界70%的人口城市提供可持续性的发展。“机遇之窗”(Window of Opportunity)是一个崭新的概念，一个极具前瞻性的探索项目，在这个项目中爱立信演示了“互联玻璃”（Connected Window)理念。

Afif Osseiran博士说，爱立信展示的5G设想令充满了未来感。然而，从通信技术和科技的发展规律来看，这些技术的实现离我们并不遥远。

5G通信下手机的无线下载速度最快可达每秒3.6Gbps（千兆，数据传输速度单位，1Gbps=1024Mbps），较LTE（泛称准4G）的75Mbps（兆）快数百倍。使用该技术下载一部超高清电影文件最多仅需1秒时间，容量较大的3D电影和游戏等亦能实现秒传。

三星电子于12日宣布，已成功在28GHz（吉赫，通信频率单位）超高频带宽内实现每秒1Gbps以上的传输速度，以及长达两公里的通信覆盖距离。截至目前，世界上最快的无线通讯技术仍由三星公司研发。

“全世界的高铁列车速度变得越来越快，在中国有些列车能达到每小时500到600公里，”韩国科技部的一位官员说，“如果我们拥有能在这些列车上使用的互联网快速接入技术，将为我们带来全球性的崭新机遇。”

韩国科技部的官员还表示，5G技术可以用在时速500公里以上的高速列车上，为用户提供稳定的数据网络服务，目前全球高速列车不断提速，这将成为5G技术的一个重要市场。

2013年12月，华为表示将投入最少6亿美元来开发5G技术，华为是中国最大基础通信设备制造商，其市场全球市场份额由2009年的12%增长到了2012年的26%。

关键技术1： 高频段传输

移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下的频段，使得频谱资源十分拥挤，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。目前，韩国三星在28GHz高频段，利用64根天线，采用自适应波束赋形技术，在2公里的距离内实现了1Gbps的峰值下载速率，用户只需要不到一秒钟的时间下载一部完整的电影。

高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。足够bh量的可用带宽，小型化的天线和设备，较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点。但是，也存在着传输距离短，穿透和绕射能力差，容易受到气候环境影响等缺点。同时，射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。

监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资

源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。

关键技术2 ：新型多天线传输

作为近年来备受关注的技术之一，多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。

由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的天线协作数将达到128。此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波的技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。

目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多的用户空分多址（SDMA），显著降低发射功率，实现绿色节能和提升覆盖能力。

关键技术3: 同时同频全双工

最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意。该技术在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。

全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰消除技术提出了极大

的挑战，同时，还存在着邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双工技术的应用难度更大。

关键技术4 ：终端直通技术（D2D）

传统的蜂窝通信系统的组网方式，是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式，已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

D2D技术能够无需借助于基站的帮助实现通信终端之间直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。

关键技术5 ：密集网络

在未来的5G通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将发生井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为了实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集网络将能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署高达100个以上小小区/扇区。

与此同时，愈发密集的网络部署，也使得网络拓扑更加复杂，小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是目前密集网络方面的研究热点。

关键技术6： 新型网络架构

目前，LTE接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理(Centralized Processing)，协作式无线电(Collaborative Radio)和实时云计算构架(Real-time Cloud Infrastructure)的绿色无线接入网构架(Clean system)。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营支出。目前，研究的内容包括C-RAN的架构和功能，如集中控制，基带池RRU接口定义，基于C-RAN的更紧密协作，如基站簇、虚拟小区等。

5G弥补了4G技术的不足，在吞吐率、时延、连接数量、能耗等方面进一步提升系统性能。它采取数字全IP技术，支持和分组交换，它既不是单一的技术演进，也不是几个全新的无线接入技术，而是整合了新型无线接入技术和现有无线接入技术(WLAN，4G、3G、2G等)，通过集成多种技术来满足不同的需求，是一个真正意义上的融合网络。并且，由于融合，5G可以延续使用4G、3G的基础设施资源，并实现与4G、3G、2G的共存。

随着用户需求的驱动，在未来十年的时间里，联网设备的数量将增加100倍，移动数据流量将有1000倍的增长。在这样的背景下，5G除了要满足超高速的传输需求外，还需

要应对来自于联网设备的大规模增长以及不同应用场景对网络需求不同的挑战，满足超高容量、超可靠性、随时随地可接入性等要求。

5G的关键技术研究方向

要实现随时随地接入的需求，5G离不开网络系统体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术的支撑，因此研究方向也围绕这些展开。

5G无线网络构架与关键技术

5G的核心无疑是异构网的融合，它不同于之前的移动通信技术，需要考虑的是技术的融合与应用，其网络构架也有更复杂的要求，需要研究以下技术：支持高速移动互联的新型网络架构、高密度新型分布式协作与自组织组网、异构系统无线资源联合调配技术等。

5G无线传输关键技术

为实现10Gbps业务总速率，5G融合现有无线技术。此外，5G研究还离不开其他新型无线传输技术研究，尤其是需要突破大规模协作所涉及的技术瓶颈，包括大规模协作配置情况下的无线传输、阵列天线、低功率可配置射频等新型关键技术。

5G移动通信系统业务应用技术

5G的提出是为了满足未来激增的网络流量，有关5G业务应用与需求、商业发展模式、用户体验模式、网络演进及 发展策略、频谱需求与空中接口技术需求等，面向5G

频谱应用的信号传播特性、测量与建模等方面的研究也都是重要方向。

5G移动通信测试验证技术

通信技术进步和发展离不开通信测试技术进步，5G的出现意味着需要测试的参数、精度、方式等都发生变化。因此，需要研究5G移动通信网络及无线传输技术的评估与测试方法，建立5G移动通信网络仿真测试评估平台和传输技术仿真测试评估平台。

工信部电信研究院代晓慧对未来5G通信场景提出了畅想，她认为在5G时代，第一用户将永远在线、始终在线；第二用户在任何地点，任何时间都可以保证获得100MB/s端到端的通信速率。

在5G的技术方向上，代晓慧给出了10点考虑，分别是密集网络、终端间直接通(D2D)、与WIFI联合组网、型网络架构、新型多天线/分布式传输、新型信号的处理、高频段的通信、频率共享、网络智能化。