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前瞻技术
第5代移动通信的研究与发展现状
文章来源:本站原创  发布时间:2015-02-06  浏览次数:2121
       一、全球5G研发情况
      目前,随着4G LTE标准在全球范围内的加速商用,移动通信业界对于4G标准研发的投入在商业回报方面已经取得了巨大的成功,全球的移动通信行业目前正在大力致力于下一代移动通信基础网络标准的研发。根据国际电信联盟的相关规范,下一代移动通信基础网络正式的统一名称为“IMT-2020”(该名称源自于ITU在2012年初成立的一个项目组lntemationa/Mobile Telecommuncation(IMT) for 2020 and Beyond“面向2020年及未来的全球移动通信”。下文简称之“5G”),而且5G将会在2020年正式得到商用。全球范围内,移动通信行业正在广泛地开展有关5G技术与标准的研发活动,其共同特点是,首先展开的是对于用户需求、应用场景、技术发展趋势等的调研工作。
      (一)5G已成为全球业界争夺的新焦点
      当前,5G的研发正在逐渐升温,世界各国和各主流标准化组织都已经看到了5G技术发展的迫切性,并制定了相应的研发推进计划。5G研发正在有序的推进中,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。
      主要国家积极布局,抢占5G发展主导权。欧盟不断加大5G研发支持力度,启动METIS和5G-PPP等多个5G重大项目,研发经费超过14亿欧元。韩国成立5G论坛,设立“GIGA Korea”重大科研项目,并于2014年6月与欧盟签署5G战略合作,共同推动高频段等5G技术。日本依托标准化组织ARIB成立了5G特设工作组“2010 and Beyond AdHoc”,积极推动日本5G技术研发与标准化。
      主流公司大力推进5G研发,争夺技术制高点。爱立信、诺基亚等欧洲公司发布5G白皮书,表明其对5G需求及概念的理解,并开展5G关键技术演示。三星公司开展高频段通信的演示,期望通过高频段的更大带宽来提升业务速率。日本NTTDoCoMo将联手爱立信、三星、NEC等6家国外设备制造企业在2015年开展5G技术验证实验。
      ITU启动5G标准化前期研究,凝聚全球共识。为了推动全球5G共识形成,国际电信联盟(ITU)从2012年开始组织全球业界开展5G需求愿景、未来技术趋势、频谱需求及候选频段等标准化前期研究。2014年2月,ITU又启动了5G工作计划的制定工作。后续将在ITU开展5G候选技术提交及评估等工作,从而推动5G从愿景走向技术和标准。
      (二)我国与全球同步推进5G研发
      率先成立5G推进组,全面推进5G研发。为推动国内5G研发,2013年2月由工业和信息化部牵头,联合国家发改委和科技部成立了IMT-2020(5G)推进组,推动5G策略、需求、技术、频谱、标准、知识产权研究及国际合作,成员单位已涵盖国内产学研用单位50多家。目前,推进组各项研究工作均已全面深入展开,并在5G需求、技术和频谱等方面取得了重要研究进展。
      布局5G重大项目,支撑国内技术创新。新一代宽带无线移动通信网重大专项2013年启动了5G技术路线和发展策略研究,并从2015年将5G研发作为重点支持方向,开展面向国际主流标准的5G频谱、关键技术、技术标准平台等研究方向。“863计划”从2014年开始部署5G研究课题,重点支持基础性关键技术研究。近期,该专项启动了“十三五”规划研究,将围绕5G主要技术方向提出“十三五”期间5G项目布局。
      二、我国5G研发情况
      目前,IMT-2020 (5G)推进组已基本完成5G愿景与需求研究并发布了白皮书,初步完成5G潜在关键技术研究分析,提出5G概念和技术路线,并完成2020年我国移动通信频谱需求预测和6GHz以下候选频段研究。以下是主要观点归纳。
      (一)面向2020年及未来的5G愿景与需求
      移动互联网和物联网是5G发展的主要驱动力。面向2020年及未来,移动互联网将推动人类信息交互方式的再次升级将为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清视频、移动云等更加身临其境的极致业务体验,将带来移动数据流量超千倍增长,推动5G技术和产业的新一轮变革。物联网将极大扩展5G的业务领域。移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等将会推动物联网应用爆发式增长,数以千亿的设备将接入网络,实现真正的“万物互联”,这将是引发新一轮科技革命和产业变革的核心基础,在对传统产业带来巨大变革的同时,将创造出规模空前的新兴产业。
      5G将满足未来超千倍流量增长和超千亿设备联网需求。预计2010-2012年全球移动数据流量增长将超过200倍,2010-2013年将增长近2万倍;中国的移动数据流量增速高于全球平均水平,预计2010-2010年将增长300倍以上,2010-2030年将增长超4万倍。在联网设备数量方面,预计到2020年,全球移动终端(不含物联网设备)数量将超过100亿,中国将超过20亿。2020年全球物联网设备连接数将达到70亿(中国将接近15亿)。到2030年,全球物联网设备连接数将接近1千亿(中国将超过200亿),全球各类联网设备总量将超过1千亿。
      5G关键能力比4G约有10-100倍提升,用户体验速率可达lGbps。为满足2020年及未来业务需求,5G性能将会大幅提升,用户体验速率将达100Mbps-lGbps,峰值传输速率可达数十Gbps,支持的连接数密度可达100万连接/平方公里,支持500公里/小时以上高速移动下的用户体验。
      (二)5G概念与技术路线
      5G技术创新将会出现在无线和网络两个层面。5G将会采用一组关键技术,如引入大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和高频段通信等新型无线技术,以及基于软件定义网络(SDN)及网络功能虚拟化(NFV)技术的新型网络架构,从而推动5G在无线和网络两个层面出现重大技术创新。
      5G无线技术将沿着三条技术路线向前发展。5G无线技术存在新型空中接口技术、4G演进技术和下一代无线局域网三条技术路线。新型空中接口技术重点适应5G新场景及新频段需求进行全面设计,不考虑与4G的兼容性。4G演进技术主要面向宏覆盖和热点覆盖等传统蜂窝移动通信场景,将基于4G技术框架和传统蜂窝频段。下一代无线局域网是5G的重要补充,主要面向热点分流场景,将向更高传输速率、更高组网性能和可运营维护方向发展。上述三条技术路线将融合发展,关键技术可以相互借鉴。
      5G网络技术将向虚拟化、软件化、扁平化及以用户为中心的方向发展。面对未来超千倍流量增长、毫秒级端到端时延和超千亿设备连接的挑战,5G将通过引入NFV和SDN等虚拟化技术,推动网络软硬件解耦,控制与转发分离,使得基于软连接和软架构的新型网络成为可能,网络结构将更加扁平,业务内容将向用户进一步下沉,网络智能化、灵活度和可扩展性将大幅提升,各种接入技术之间将更紧密融合,并能够以用户为中心,提供灵活可定制的差异化服务。
      综合5G需求和技术趋势,推进组提出5G概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来定义。其中,标志性能力指标为Gbps用户体验速率,关键技术为大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、高频段通信和新型网络架构等。
     (三)5G频谱及候选频段
      为满足2020年移动通信需求,我国存在663-1178MHz频谱缺口。推进组已完成2020年我国移动通信频谱需求预测,结果现实:2020年我国移动通信频谱需求总量为1350-1810MHz,目前我国已规划了687MHz移动通信频谱,因此还需要新增663-1178 MHz频谱。需要注意的是,2020年只是5G的起始时间,随着2020年之后业务量的不断提升,移动通信的频谱需求量还将继续增加。因此,到2030年我国移动通信频谱需求及候选频段研究已成为工作重点。
      6GHz以下低频段是5G首选频段,高频段可作为后续补充。5G需要大量的新频谱资源,可通过两种方式获得:一是在2015年世界无线电通信大会(WRC)推动6GHz以下低频段划分;二是在2019年WRC大会及以后推动6GHz以上高频段划分。低频段传播特性好且资源稀缺,需要优先获取,我国已提出3300-3400MHz、4400-4500MHz和4800-4990MHz等候选频段;高频段传播特性差、资源丰富、可选余地大,可作为支撑5G发展的后续补充频段。


来源:工信部电信研究院

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