【正文】 SIG white paper ，潘志文，: 第44卷 第5期，．5G 移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù) [J]．中國(guó)科學(xué)信息技術(shù)．2014，11，（6）：155156 Y B, Liang P, Ma Y M, et method for broadband fullduplex MIMO Signal Process Lett, 2012,19: 793–796 and wireless munications enablers for the 2020 information : EU 7th Framework Programme Project, 。結(jié)束語(yǔ)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，將有力推動(dòng) 5G 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，依據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，在 2020 年后，5G 移動(dòng)通信技術(shù)將有望實(shí)現(xiàn)商用，能夠滿足未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，并帶給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶一種前所未有的全新體驗(yàn)。目前, 針對(duì) LTE、LTEA 以及 UMTS、WiFi 的 SON 技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較完善, 逐漸開(kāi)始在新部署的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。從技術(shù)上看, 將存在多層、多無(wú)線接入技術(shù)的共存,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜, 各種無(wú)線接入技術(shù)內(nèi)部和各種覆蓋能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜, 網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)將成為一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工作。目前, 自組織網(wǎng)絡(luò)成為新鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)的必備特性, 逐漸進(jìn)入商用, 并展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)分析各大運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本基本上占各自收入的 70%左右。由于用戶部署的大量節(jié)點(diǎn)的突然、隨機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉, 使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_圖樣隨機(jī)、大動(dòng)態(tài)范圍地動(dòng)態(tài)變化, 各小站中的服務(wù)用戶數(shù)量往往比較少,使得業(yè)務(wù)的空間和時(shí)間分布出現(xiàn)劇烈的動(dòng)態(tài)變化, 因此, 需要研究適應(yīng)這些動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù)；站點(diǎn)的密集部署將需要龐大、復(fù)雜的回傳網(wǎng)絡(luò), 如果采用有線回傳網(wǎng)絡(luò), , 降低部署成本, 利用和接入鏈路相同的頻譜和技術(shù)進(jìn)行無(wú)線回傳傳輸, , 無(wú)線資源不僅為終端服務(wù), 而且為節(jié)點(diǎn)提供中繼服務(wù), 使無(wú)線回傳組網(wǎng)技術(shù)非常復(fù)雜, 因此, 無(wú)線回傳組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù), 包括組網(wǎng)方式、無(wú)線資源管理等是重要的研究?jī)?nèi)容。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)協(xié)作, 需要準(zhǔn)確、有效地發(fā)現(xiàn)大量的相鄰節(jié)點(diǎn)。雖然超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)展示了美好的前景, 由于節(jié)點(diǎn)之間距離的減少, 將導(dǎo)致一些與現(xiàn)有系統(tǒng)不同的問(wèn)題。（1）超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于5G系統(tǒng)既包括新的無(wú)線傳輸技術(shù),也包括現(xiàn)有的各種無(wú)線接入技術(shù)的后續(xù)演進(jìn), 5G網(wǎng)絡(luò)必然是多種無(wú)線接入技術(shù), 如 5G, 4G, LTE, UMTS(universal mobile telemunications system)和 WiFi(wireless fidelity)等共存, 既有負(fù)責(zé)基礎(chǔ)覆蓋的宏站, 也有承擔(dān)熱點(diǎn)覆蓋的低功率小站, 如Micro, Pico,Relay和Femto 等多層覆蓋的多無(wú)線接入技術(shù)多層覆蓋異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在這些數(shù)量巨大的低功率節(jié)點(diǎn)中, 一些是運(yùn)營(yíng)商部署, 經(jīng)過(guò)規(guī)劃的宏節(jié)點(diǎn)低功率節(jié)點(diǎn)；更多的可能是用戶部署, 沒(méi)有經(jīng)過(guò)規(guī)劃的低功率節(jié)點(diǎn), 并且這些用戶部署的低功率節(jié)點(diǎn)可能是 OSG(open subscriber group)類(lèi)型的,也可能是CSG(closed subscriber group)類(lèi)型的, 從而使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吞匦宰兊脴O為復(fù)雜。雖然這些實(shí)驗(yàn)證明了全雙工技術(shù)是可行的, 但這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都基本是單基站、小終端數(shù)量的, 沒(méi)有對(duì)大量基站和大量終端的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 并且現(xiàn)有結(jié)果顯示, 全雙工技術(shù)并不能在所有條件下都獲得理想的性能增益。研究人員也開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證全雙工技術(shù)的可行性。（3）全雙工技術(shù)全雙工通信技術(shù)指同時(shí)、, 網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)存在固有的發(fā)射信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的自干擾, 現(xiàn)有的無(wú)線通信系統(tǒng)中, 由于技術(shù)條件的限制, 不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻的雙向通信, 雙向鏈路都是通過(guò)時(shí)間或頻率進(jìn)行區(qū)分的, 對(duì)應(yīng)于 TDD 和 FDD 、同頻雙向通信, 理論上浪費(fèi)了一半的無(wú)線資源(頻率和時(shí)間)。在基于濾波器組的多載波技術(shù)中, 發(fā)送端通過(guò)合成濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制, , 其中各個(gè)成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器與 OFDM 技術(shù)不同, FBMC 中, 由于原型濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì), 各載波之間不再必須是正交的, 不需要插入循環(huán)前綴；能實(shí)現(xiàn)各子載波帶寬設(shè)置、各子載波之間的交疊程度的靈活控制, 從而可靈活控制相鄰子載波之間的干擾, 并且便于使用一些零散的頻譜資源；各子載波之間不需要同步, 同步、信道估計(jì)、檢測(cè)等可在各資載波上單獨(dú)進(jìn)行處理, 因此尤其適合于難以實(shí)現(xiàn)各用戶之間嚴(yán)格同步的上行鏈路。為了解決這些問(wèn)題, 尋求其他多載波實(shí)現(xiàn)方案引起了研究人員的關(guān)注其中, 基于濾波器組的多載波(FBMC, filterbank based multicarrier)實(shí)現(xiàn)方案是被認(rèn)為是解決以上問(wèn)題的有效手段, 被我國(guó)學(xué)者最早應(yīng)用于國(guó)家 863 計(jì)劃后 3G 試驗(yàn)系統(tǒng)中。但在某些較低的頻段, 難以獲得連續(xù)的寬帶頻譜資源, 而在這些頻段, 某些無(wú)線傳輸系統(tǒng), 如電視系統(tǒng)中, 存在一些未被使用的頻譜資源(空白頻譜).但是, 這些空白頻譜的位置可能是不連續(xù)的, 并且可用的帶寬也不一定相同, 采用 OFDM 技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些可用頻譜的使用。此外,由于OFDM技術(shù)采用了方波作為基帶波形,載波旁瓣較大,從而在各載波同步不能?chē)?yán)格保證的情況下使得相鄰載波之間的干擾比較嚴(yán)重。比如, 需要插入循環(huán)前綴以對(duì)抗多徑衰落,從而導(dǎo)致無(wú)線資源的浪費(fèi)；對(duì)載波頻偏的敏感性高, 具有較高的峰均比。第三, 可大幅降低發(fā)射功率, 當(dāng)天線數(shù)量足夠大時(shí), 最簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼和線性檢測(cè)器趨于最優(yōu), 并且噪聲和不相關(guān)干擾都可忽略不計(jì)。大規(guī)模 MIMO 帶來(lái)的好處主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 第一, 大規(guī)模 MIMO 的空間分辨率與現(xiàn)有MIMO相比顯著增強(qiáng), 能深度挖掘空間維度資源, 使得網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)用戶可以在同一時(shí)頻資源上利用大規(guī)模 MIMO 提供的空間自由度與基站同時(shí)進(jìn)行通信, 從而在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率。在天線的配置方式上, 這些天線可以是集中地配置在一個(gè)基站上, 形成集中式的大規(guī)模 MIMO, 也可以是分布式地配置在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上, 形成分布式的大規(guī)模 MIMO。由于多天線所占空間、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等技術(shù)條件的限制, 目前的無(wú)線通信系統(tǒng)中, 收發(fā)端配置的天線數(shù)量都不多, 比如在 LTE 系統(tǒng)中最多采用了 4 根天線, LTEA 系統(tǒng)中最多采用了 8 根天線但由于其巨大的容量和可靠性增益, 針對(duì)大天線數(shù)的 MIMO 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究吸引了研究人員的關(guān)注, 如單個(gè)小區(qū)情況下, 基站配有大大超過(guò)移動(dòng)臺(tái)天線數(shù)量的天線的多用戶 MIMO 系統(tǒng)的研究等進(jìn)而, 2010 年, 貝爾實(shí)驗(yàn)室的Marzetta研究了多小區(qū)、TDD(time division duplexing)情況下, 各基站配置無(wú)限數(shù)量天線的極端情況的多用戶 MIMO 技術(shù), 提出了大規(guī)模 MIMO(large scale MIMO, 或者稱 Massive MIMO)的概念發(fā)現(xiàn)了一些與單小區(qū)、有限數(shù)量天線時(shí)的不同特征。尤其是, 當(dāng)發(fā)射天線和接收天線數(shù)量很大時(shí), MIMO 信道容量將隨收發(fā)天線數(shù)中的最小值近似線性增長(zhǎng)。（1）大規(guī)模MOMI技術(shù)多天線技術(shù)作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段, 已經(jīng)應(yīng)用于多種無(wú)線通信系統(tǒng), 如3G系統(tǒng)、LTE、LTEA、WLAN 等?；九c路由交換等基礎(chǔ)設(shè)施具備可編程與靈活擴(kuò)展能力, 以統(tǒng)一融合的平臺(tái)適應(yīng)各種復(fù)雜的及不同規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)景。1)超密集組網(wǎng): 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步使現(xiàn)有的小區(qū)結(jié)構(gòu)微型化、分布化, 并通過(guò)小區(qū)間的相互協(xié)作,化干擾信號(hào)為有用信號(hào), 從而解決小區(qū)微型化和分布化所帶來(lái)的干擾問(wèn)題, 并最大程度地提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量。超密集網(wǎng)絡(luò)(ultra dense network, UDN)已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注, 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同與干擾管理將是提升高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的核心關(guān)鍵問(wèn)題。其中基于大規(guī)模 MIMO 的無(wú)線傳輸技術(shù)將有可能使頻譜效率和功率效率在4G的基礎(chǔ)上再提升一個(gè)量級(jí), 該項(xiàng)技術(shù)走向?qū)嵱没闹饕款i問(wèn)題是高維度信道建模與估計(jì)以及復(fù)雜度控制。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方面, 將采用更靈活、更智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)技術(shù), 如采用控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、統(tǒng)一的自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)、異構(gòu)超密集部署等。5G關(guān)鍵性技術(shù)為提升其業(yè)務(wù)支撐能力, 5G 在無(wú)線傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面將有新突破。此外，我們還應(yīng)當(dāng)特別關(guān)注可能出現(xiàn)的革命性5G技術(shù)。由此可見(jiàn)，在移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)的有力推動(dòng)下，WLAN與移動(dòng)通信走向廣泛深入地融合已是未來(lái)的趨勢(shì)，也許會(huì)在5G發(fā)展中出現(xiàn)根本性的變化。在強(qiáng)大的市場(chǎng)需求推動(dòng)下，WLAN與移動(dòng)通信系統(tǒng)逐漸走向全方位的融合，在終端方面，WLAN已成為智能手機(jī)的必備功能，智能手機(jī)支持手機(jī)流量和WLAN之間的自動(dòng)切換。隨著更多的先進(jìn)技術(shù)融入到LTE/LTEAdvanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，給蜂窩移動(dòng)通信帶來(lái)了強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿?。在產(chǎn)業(yè)化方面，LTE在全球范圍內(nèi)的商用化進(jìn)程在不斷加快。 LTE/LTEAdvanced LTE/LTEAdvanced已經(jīng)是事實(shí)上的全球統(tǒng)一的4G標(biāo)準(zhǔn)，由于LTE的大規(guī)模技術(shù)革新已經(jīng)大量使用了近20年來(lái)學(xué)術(shù)界積累的先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)，如OFDM，MIMO，自適應(yīng)技術(shù)等，在繼續(xù)完善技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，LTEAdvanced的技術(shù)發(fā)展將更多地集中在RRM（無(wú)線資源管理）技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化方面。據(jù)了解，華為早在2009年就啟動(dòng)了5G研究，并表示將在2013年~2018年間至少投資6億美元進(jìn)行5G研發(fā)。在韓國(guó)，引入5G的一個(gè)主要原因就是助推經(jīng)濟(jì)發(fā)展，通過(guò)5G，韓國(guó)政府希望能夠加大韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商與制造商的投資和合作，實(shí)現(xiàn)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在無(wú)線傳輸技術(shù)方面，將會(huì)著重于提升頻譜資源利用效率和挖掘頻譜資源使用潛能，比如多天線技術(shù)、編碼調(diào)制技術(shù)、多址接入技術(shù)等等。為了提升5G移動(dòng)通信技術(shù)的業(yè)務(wù)支撐能力，其在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面和無(wú)線傳輸技術(shù)方面勢(shì)必會(huì)有新的突破。5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)主要定位在要密切銜接其他各種無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)上，為快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)提供全方位和基礎(chǔ)性的業(yè)務(wù)服務(wù)。不久的將來(lái)，5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)一定程度上還將具備較大的靈活性，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)自感知等智能化功能，可以有充分的準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息社會(huì)的不可預(yù)測(cè)的飛速發(fā)展。 5G 移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)5G 移動(dòng)通信技術(shù)，作為最新一代的移動(dòng)通信技術(shù)，其應(yīng)用必將大大提高頻譜利用效率及其能效，在資源利用和傳輸速度效率方面較 4G 移動(dòng)通信技術(shù)能提高至少一個(gè)等級(jí)，在系統(tǒng)安全、傳輸時(shí)延、用戶體驗(yàn)、無(wú)線覆蓋的性能等各個(gè)方面也將得到顯著的提升。5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的“軟”配置設(shè)計(jì)，將是未來(lái)該技術(shù)的重要研究、探索方向，網(wǎng)絡(luò)資源可以由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)流量變化而實(shí)時(shí)調(diào)整，這樣，可以有效降低能耗和網(wǎng)絡(luò)資源運(yùn)營(yíng)成本。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)理念，是將信息編譯碼、點(diǎn)點(diǎn)之間的物理層面?zhèn)鬏數(shù)燃夹g(shù)作為核心目標(biāo)，而 5G 移動(dòng)通信技術(shù)的不同之處在于，它將更加廣泛的多點(diǎn)、多天線、多用戶、多小區(qū)的相互協(xié)作、相互組網(wǎng)作為重點(diǎn)的研究突破點(diǎn)，以大幅度提高通信系統(tǒng)的性能。這些都對(duì)未來(lái)的5G的性能指標(biāo)提出了更多，更高的要求，與4G相比，除了速率、時(shí)延等傳統(tǒng)的空口性能指標(biāo)需要進(jìn)一步提升外，還需要考慮用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、頻譜效率、能效以及成本等進(jìn)一步體現(xiàn)5G系統(tǒng)的先進(jìn)性的指標(biāo)。這正是5G發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，未來(lái)的5G將服務(wù)于人們?nèi)粘W(xué)習(xí)工作生活的方方面面，如：無(wú)線支付、移動(dòng)辦公、智能家居、位置服務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等等。關(guān)鍵詞 5G、性能特點(diǎn)、發(fā)展動(dòng)力、演進(jìn)、無(wú)線傳輸、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)A Brief Introduction of the Fifth Generation Mobile CommunicationAbstract：In December 2013, our industry and issuing 4G licenses in China, 4G officially into the mercial formally