0引言
汽车覆盖件模具
根据预测，2010～2020年全球移动数据流量将增长200倍以上，2010～2030年将增长近2万倍，中国的增长量更大，分别为300倍和4万倍。物联网将极大扩展5G（第五代移动通信技术）业务。移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等网络将促使物联网的爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”。 在联网设备数量方面，预计到2020年，全球移动终端数量将超过100亿，中国将超过20亿。到2030年，全球各类联网设备总量将超过1000亿。
2020年全球物联网设备连接数将接近70亿，中国将接近15亿；到2030年将接近1000亿，中国将超过200亿。
未来移动互联网将为人类提供增强现实、虚拟现实、超高清（3D）视频、移动云等更加极致的业务体验，推动5G技术和产业的新变革。
5G系统的提出和研发就是为了满足全球移动通信的强烈需求。
2015年6月24日，国际电信联盟（ITU）公布5G技术的正式名称为IMT-2020。IMT-2020是第五代移动电话行动通信标准，传输速度是4G网络的40倍，且具有低延时等特性。相关标准将在2020年制定完成。
15G的概念
5G代表着移动技术的演进和革命，能实现迄今为止发布的多项高级别目标。普遍认为5G是一代能让蜂窝网络扩展至全新使用和垂直市场的无线技术。5G技术还能让蜂窝网络进入机器世界，用于无人驾驶汽车等，并用来连接数以百万计的工业传感器以及各种可穿戴电子设备。 5G与2G、3G、4G系统不同，它是对现有无线接入技术（包括2G、3G、4G、WiFi）的技术演进与新增补充性无线接入技术集成后的解决方案的总称，5G将是一个真正意义上的融合网络。这个融合统一的标准将提供人与人、人与物、物与物之间高速、安全、自由的连接。
25G的主要特点
5G具有以下特点：a）5G的网络架构将进一步扁平化，它将是由功能强大的叠加的一个大服务器集；更加新型化，如C-RAN（集中化处理居民接入网）架构。b）5G的将更加小型化，可以安装于各种场景；具备更强大的功能，将去除传统的汇聚节点。c）5G网络的网速将极大提升，比4G/LTE的峰值传输速率100Mbit/s快100倍。c）5G网络应满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地接入的要求。
5G系统的关键技术及其国内外发展现状
胡金泉
（中国电子科技集团总公司第七研究所，广东省广州市510310） 摘要阐述5G（第五代移动通信）的概念和主要特征，详细介绍5G系统的主要关键技术，概述国外5G研发工作的现状，特别是各主要移动通信大国、大型移动通信公司、大型移动通信研发机构在5G研发方面的发展现状，介绍我国5G推进组的主要研究进展和最新成果，提出我国进一步做好5G研发工作的建议。
关键词5G（第五代移动通信）；主要特征；主要关键技术；研发现状与进展
长途运输鱼苗时
因此，业界认为5G应是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿节能的大通信网络。
35G的关键技术
5G的关键技术多达12项。
1）大规模天线阵列技术或新型多天线技术
大规模天线阵列技术是提升系统频谱效率的最重要技术手段之一，对满足5G系统容量和速率需求将起到重要支撑作用。
多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到3维（3D），从高阶MIMO（多输入多输出）到大规模阵列，可使频谱效率提升数10倍甚至更高，是5G 技术重要的研究方向之一。
有源天线阵列的引入使侧的协作天线数量达到128根，还可以将原来的2D天线阵列拓展成3D阵列，形成3D-MIMO技术。可支持多用户波束职能赋型，减少用户间干扰，进一步改善无线信号覆盖性能。
正在研究的课题包括对大规模天线信道的测量与建模、阵列设计与校准导频信道、码本及犯规机制研究等。进一步研究容纳更多用户的空分多址（SDMA）技术，以显著降低发射功率，实现绿节能，提升覆盖能力。
2）超密集组网技术
超密集网络能改善网络覆盖，大幅提升系统容量，并对业务进行分流，网络部署更灵活，频率复用更高效，是满足5G千倍容量增长需求的最主要手段之一。
在未来5G通信中，网络走向更多元化、宽带化、综合化、智能化。随着智能终端的普及，数据流量将井喷式增长。数据业务将主要分布在室内和热点地区，这将使超密集网络成为实现5G的主要手段之一。未来面向高频段大宽带，将采取更加密集的网络方案，部署的小小区／扇区将高达100个以上。
与此同时，愈加密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区干扰已成为制约系统的重要因素，必须着力解决这一问题。
3）新型多址技术
新型多址技术通过发送信号的叠加传输来提升系统的接入能力，能有效支撑5G网络千亿设备连接需求。
目前，“同时同频双工”技术已引起业界的广泛注意，它是在相同的频谱上通信的收发双方同时发射和接收信号。全双工能够突破TDD（时分双工）、FDD（频分双工）方式的频谱资源使用限制，使频谱资源的使用更加灵活。与传统的TDD、FDD双工相比，“同时同频双工”技术在理论上可以使频谱效率提高1倍。
全双工技术需要极高的干扰消除能力，对干扰消除技术提出了极大挑战。在多天线及组网情况下，全双工的难度更大。相邻小区的同频干扰也是影响“同时同频双工”技术实现的因素之一。
此外，全频谱接入技术也是需要研发的课题，该技术将有效利用各类频谱资源，有效缓解5G网络对频谱资源的巨大需求。缓冲纸垫
4）D2D（Device-to-Device）通信技术
D2D通信是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式。在由D2D通信用户组成的分布式网络中，每个用户节点都能发送和接收信号，并具有自动路由功能。
传统的蜂窝天线系统的组网方式是以为中心实现小区覆盖，和总是无法移动的。随着无线多媒体业务的不断增多，传统的以为中心的业务提供方式已经无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。
D2D通信技术无需借助就可实现终端间的直接通信，拓宽了网络连接和接入方式。在D2D 通信网络中，用户节点同时扮演服务器和客户端的角，用户能够意识到彼此的存在，自组织地构成一个虚拟或者实际的体。
D2D通信是短距离直接通信，具有高信道质量、高数据、高速率、低时延、低功耗的特点。广泛分布的终端能改善覆盖，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式，提升链路灵活性和网络可靠性。
D2D的方案有广播、组播、单播，未来还将研发其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术、联合编码技术等。
5）更加扁平化的新型网络架构和C-RAN研究
5G网络将基于SDN（软件定义网络）、NFV（网络功能虚拟化）、云计算及C-RAN等先进技术，实现更加灵活、智能、高效、开放的，以用户为中心的新型网络。
当前的LTE接入网采取网络扁平化设计，减少了系统时延，降低了建网成本和维护成本。5G可能采取C-RAN接入网架构。
C-RAN是基于集中化处理、协作无线电、实时云计算的绿无线接入网架构，其基本思想是通过充分利用低成本高速光传输，直接在远端天线与集中化的中心节点间传递无线信号，以构建覆盖上百个服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。
C-RAN架构适用于协同技术，能够减少干扰，降低功率，提升频谱效率。实现动态智能化组网，有利于降低成本，便于维护和减少运营支出。目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能，如基带池、RRU （射频拉远模块）接口定义以及基于C-RAN的更紧密协作（如族、虚拟小区等）。
6）高频段需求潜在候选频段研究
传统蜂窝频段（sub-6GHz）的频谱将无法满足未来指数级增长的需求。因此，正在研究超过6GHz 的频段，以便测试在6GHz以上频率分配部署无线接入的可行性。
全球6GHz以下的总频谱约为数百MHz，而20GHz以上的潜在频谱则是数十GHz。掌握这些频谱对实
现真正互联的5G愿景来说至关重要。
业界探讨的频段包含较高的频段，如10GHz、28GHz、32GHz、43GHz、46~50GHz、56~76 GHz以及81~86GHz。尽管这些频段目前尚处于提议阶段，但已引起足够重视。
4国外5G研发的概况和进展
1）欧盟及其主要成员国
3G、4G期间，欧洲在移动通信领域总体上落后于亚洲，欧盟希望迅速发展5G以维持和加强欧洲的领导地位。
欧盟在2012年9月启动了“5G NOW”的研究课题，该课题由6家科研机构承担，课题面向5G物理层的技术研究，2015年2月结束。在2012年11月正式启动“METIS”5G研发项目，投资预算达2700万欧元，由欧盟资助。项目组由26个成员组成，其中包括阿尔卡特、朗讯、爱立信、华为、诺基亚、西门子5家通信设备厂商以及德国电信、日本NTT、法国电信、意大利电信、西班牙电信5家电信运营商。2014年1月正式推出“5G PPP”计划，总预算14亿欧元，计划在2020年前开发5G技术，到2022年正式投入商业运营。欧盟同时积极开展5G 国际合作，先后与中国、韩国、日本、巴西签署了5G 联合声明，5GPPP也与中美日韩的5G组织签署了合作备忘录。欧盟将于2016年底发布5G行动计划，并计划于2018年启动5G规模试验，力争在2020年实现5G商用，重点将推动5G与车联网等垂直行业结合。
英国于2012年10月率先推动国内的5G技术研发工作，并建立5G网络研发中心。11月，英国信息通信管理局为移动运营商发放700MHz频段的频谱。
2015年9月15日，设在英国萨里大学的全球顶级5G创新中心（5GIC）正式成立，华为公司是创新中心的创始成员和重要合作伙伴，其他核心成员包括沃达丰、英国电信、Tefefonica、EE、BBC、三星、Aeroflex、AIRCOM International、Fujitsu、OfCom、Rohde&Schwarz等。
华为公司按照业界最先进5G研究成果建设的5G测试床在英国萨里大学的5GIC正式开通，测试床位于萨里大学吉尔福德校区，占地约4km2，以业务创新和核心技术验证为目标，旨在建设推动5G 全球统一标准的产业协作平台。
德国于2012年6月在德累斯顿科技大学成立了5G无线通信系统专门实验室。在物联网领域，将研究经费增加至7300万英镑，以实现十亿多的各种设备的低耗电低价格网络连接。
德国计划的第一步是在2018年制定5G频率商用的框架条件，第二步是建立电信行业与应用行业之间的对话论坛，第三步是推进5G研究，使德国取得技术上的优势，并共同制定未来国际5G标准，
第四步是应用项目，如5G实验城市，联邦政府可为此资助200万欧元，总额超过8000万欧元的自动驾驶汽车项目也将促进5G发展。第五步是促进基础设施建设，最迟到2025年在所有联邦主干道、最少2
0个大城市实现5G覆盖。德联邦交通部长多布林特表示，5G将成为网络化时代数字核心化技术，德国希望成为5G市场引导者。
2）日本
chdtv2013年10月，日本无线工业及商贸联合会（ARIB）设立了5G研究组“2020and Beyond Ad Hoc”。该研究组对5G服务、系统构成以及无线接入技术等进行探讨。主要任务是研究2020年及以后移动通信服务、系统概念和主要技术，如用户行为和需求、频谱、业务预测以及无线接入技术、网络技术等。
据日本NTT DoCoMo5G研究小组负责人奥村幸彦介绍，从2014年5月开始，日本NTT DoCoMo 与多家企业联合开展了5G实验。2015年11月26日，该公司与诺基亚网络共同实施了5G技术实验，在实际商业设施内以70GHz频带接收信号，实现了超过2Gbit/s的无线数据传输。实验证明了在客流量较大的商业设施内也可以进行高速数据传输。
3）韩国
韩国在2013年6月成立了5G论坛推进组5G Forum。论坛提出了5G国家战略和中长期发展规划，并负责研究5G需求，明确5G网络和服务的概念等。
韩国MSIP在2014年1月宣布建立“未来移动通信产业发展战略”，并投资1.6万亿韩元用于5G 核心技术
研发，预计将在2018年平昌冬奥会上首次示范5G应用。
韩国最大电信运营商SKT预计在2017年部署5G。SKT计划在室外环境中用5G技术试验端到端解决方案，其中包括用毫米波实现设备与网络间的高频无线连接，实现LTE、5G和WiGig（60GHz）互通，网络功能虚拟化，网络分层及分布式核心网络。SKT的目标是在2016年底将关键技术融合，在室外环境下进行系统的端到端5G试验。
4）美国
2012年7月，纽约大学理工学院成立了一个由政府和企业组成的研究5G的联盟。美国国家科学基金会（NSF）为其提供80万美元资助金，为合作者企业提供120万美元研发资助。另外，宽带无线接入技术与应用中心（BWAC）也在积极开展5G项目研发，自2013年后的5年，BWAC将获得NSF的160万美元及产业界的400万美元专项资金支持。
今年以来，美国政府主导的对5G的投资正在加速。2016年7月14日，美国联邦通信委员会（FCC）开放24GHz以上频段用于5G，包括28GHz 频段（27.5~28.35GHz）、37GHz频段（37~38.6 GHz）、39GHz频段（38.6~40GHz）和64~71GHz 频段。7月15日白宫发表推进5G研究的先进无线电通信研究计划（AWRI）的声明，今后7年将通过NSF投入4亿美元进行5G研究。AWRI将使用美国联邦通信委员会（FCC）开放的5G用频率，在美国4个城市进行5G技术推广和实验。
55G推进进度要求及我国的研究进展
国际电信联盟（ITU）于2015年2月开展了5G 标准的研究工作。ITU明确提出：2015年中期完成IMT-2020国际标准前期研究，2016年开展5G技术性能需求和评估方法研究，2017年底启动5G候选方案征集工作，2020年底完成IMT-2020通信标准制定工作。
中国的移动通信在3G时代取得了突破性进展，建立了具有自主知识产权的标准TD-SCDMA，中国提出的4G标准TD-LTE成为世界4G两大标准之一。为了迎接新一轮的技术、标准及市场竞争，中国开始全方位布局5G技术的研发工作。
我国与全球同步推进5G研发工作。
1）我国率先成立了5G推进组，全面推进5G研发工作。2013年2月，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技部成立了“IMT-2020（5G）推进组”，提出我国要在5G标准制定中发挥引领作用的宏伟目标。
2）科学技术部投入1.6亿元人民币，先期启动国家5G移动通信系统前期研究开发重点项目。
3）在2020年之前，系统研究5G领域关键技术，其中包括体系架构、无线组网与传输、新型天线与射
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下期要目预告
传感器移动云计算研究简谈IDC 机房规划发展与实施
NPS 用户网络感知保障运营体系研究
800M LTE 网络容量分析
基于SOA 的城市应急指挥系统
基于微小的城中村深度覆盖解决方案
频、新频谱开发与利用，完成性能评估和原型系统设计，进行技术试验和测试，实现支持业务总速率10
Gbit/s ，频谱和功率效率比4G 系统提升1倍。
我国台湾地区在2014年1月召开了“5G 发展产业策略会议”，成立了专职部门推动5G 长期发展。策略会议达成了3项共识：a ）建立学术界、法人和产业界有效的互动选题机制，消除产学鸿沟。b ）建立有效的智财专利策略，免受国际专利战干扰。c ）建立国际化的测验场域，验证新创产品的有效性。台湾几个部门成立了规划小组，近期推出了《2020年
TW-5G 战略方案》。
当前国内5G 研究进展情况：a ）推进组已基本完成5G 愿景和需求研究，并发布了白皮书，b ）初步完成了5G 潜在关键技术的研究分析工作。c ）提出了5G 概念和技术路线。d ）完成了2020年我国移动通信频谱需求预测和6GHz 以下候选频段的研究工作。
迄今为止，中国5G 推进组已经有55个成员，其中包括运营商、厂商、研究院及大专院校。中国5G 推进组中有两家外国公司。
为加强5G 的国际合作、双边合作，2015年10月在里斯本签订了5G 国际合作谅解备忘录。
2013年以来，中国IMT-2020（5G ）推进组已经
发布了四个白皮书，其中包括《5G 的愿景和需求》、《5G 的概念》、《5G 的无线技术架构》和2016年6月发布的《5G 的网络技术架构》。实心锥形喷嘴
美国时间2016年11月17日，国际无线标准化机构3GPP 的RAN1（无线物理层）87次会议在美国拉斯维加斯召开，就5G 短码方案进行讨论。会议的
三位主角是中国华为公司主推的Polar Code （极化码）方案，美国高通公司主推的LDPC 方案，法国主推的T urbo2.0方案。最终，华为公司的Polar 方案从两大竞争对手中胜出。
6结束语
随着未来移动互联网和物联网业务的井喷式增
长，3G 、4G 和其他通信网络已无法满足社会日益增长的通信需求。5G 将以其显著特征和技术优势及可持续发展的模式，满足未来超千倍的移动数据增长需求，并将为用户提供光纤般的接入速率、零时延的使用体验、千亿设备的连接能力、超高的流量密度和连接数密度、超高的移动性和多场景的服务，使各类业务和用户感知智能优化，并为未来的网络带来百倍的能效提升。
当前，业界已经达成共识，全球将于2020年左右实现5G 商用。为了实现这一目标，3GPP 已在
2016年初启动5G 标准研究，2018年完成包含部分
精密电阻箱功能的第一版5G 技术标准，并将于2019年底完成满足ITU 要求的5G 完整标准。
相信在国家5G 推进组的统一领导组织下，我国5G 的同步推进工作将会取得顺利进展。
胡金泉（1942—），男，高级工程师，中国电子学会高级会员，曾主编出版《移动通信和小型化技术》，与郑碧月教授合编大学教材《移动通信与技术》，发表移动通信专业论文、译文100余篇，主要研究方向为移动通信系统和技术。
收稿日期：2016-11-16
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