5G技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)全球化快速推進(jìn)中國863計(jì)劃5G項(xiàng)目組“扛大旗”

本刊記者 | 張鵬

5G技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)全球化快速推進(jìn)中國863計(jì)劃5G項(xiàng)目組“扛大旗”

本刊記者 | 張鵬

我國科技部已經(jīng)投入了近3億元人民幣，先期啟動(dòng)了國家863計(jì)劃第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)前期研究開發(fā)重大項(xiàng)目，吸引了50余家企業(yè)、研究所、大學(xué)共同參與，其中包括愛立信、三星、諾基亞、都科摩等一批國際通信企業(yè)。

“我們正處在一個(gè)無縫連接的社會(huì)，這其中存在著大量智能的生活方式，移動(dòng)通信技術(shù)在這樣的時(shí)代中應(yīng)該具備怎樣的能力——傳統(tǒng)通信技術(shù)已經(jīng)走過了1G、2G和3G，從模擬信號(hào)走向了數(shù)字通信，話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)容量都發(fā)生了翻天覆地的改變，而未來的4G，我們需要賦予其更多的功能和維度。

我們的愿景是，面對(duì)不斷增長的網(wǎng)絡(luò)流量、海量的連接設(shè)備以及每天都在創(chuàng)新的層出不窮的新服務(wù)和應(yīng)用程序，2020年的未來移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)該被描述成光纖般的接入速率，近乎零延遲的用戶體驗(yàn)，并且具備千億設(shè)備的連接能力、超高流量密度、超高連接數(shù)密度以及超高移動(dòng)性?！?/p>

——中國移動(dòng)無線技術(shù)首席科學(xué)家易芝玲

移動(dòng)通信作為信息通信技術(shù)發(fā)展的主力軍，按照移動(dòng)通信發(fā)展的歷史規(guī)律，大約每十年就會(huì)產(chǎn)生一代新的技術(shù)。隨著4G、LTE進(jìn)入規(guī)模商用，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)得到快速發(fā)展，全球ICT產(chǎn)業(yè)界的研發(fā)重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向了2020年及未來的5G研究技術(shù)。

為此，國際電信聯(lián)盟ITU確定了5G的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表，歐美、日韓等國家也紛紛制訂了5G推進(jìn)計(jì)劃并啟動(dòng)了相關(guān)的研究開發(fā)工作。一時(shí)間，全球5G標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)步伐呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢，而在5G產(chǎn)業(yè)跑道中已經(jīng)擠滿了眾多信心滿滿的競爭者，中國自然也位列其中。

在近期舉辦的未來5G信息通信技術(shù)國際研討會(huì)上，國家863計(jì)劃5G重大項(xiàng)目專家組、歐盟5GPPP項(xiàng)目組、日本電波產(chǎn)業(yè)會(huì)、韓國5G論壇和臺(tái)灣新世代無線通訊研發(fā)聯(lián)盟的代表對(duì)各國的5G發(fā)展框架進(jìn)行了解讀。來自中國移動(dòng)、華為公司、大唐電信、中興通訊、諾基亞、愛立信、高通、東南大學(xué)、電子科技大學(xué)、清華大學(xué)等國際通信企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的專家圍繞5G需求愿景及標(biāo)準(zhǔn)展望、5G技術(shù)愿景、5G關(guān)鍵技術(shù)及使能技術(shù)、5G業(yè)務(wù)應(yīng)用及終端等議題進(jìn)行討論。

3億元開啟5G重大項(xiàng)目研究

中國科技部曹建林副部長對(duì)此表示，信息技術(shù)領(lǐng)域是一個(gè)開放性、全球化特征鮮明的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，大力開展國際合作，以合作共同推動(dòng)全球技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尤為重要。為了支持未來移動(dòng)通信的發(fā)展，中國科技部已經(jīng)投入了近3億元人民幣，先期啟動(dòng)了國家863計(jì)劃第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)前期研究開發(fā)重大項(xiàng)目，吸引了50余家企業(yè)、研究所、大學(xué)共同參與，其中包括愛立信、三星、諾基亞、都科摩等一批國際通信業(yè)企業(yè)。

據(jù)悉在2013年2月，工信部會(huì)同科技部、發(fā)改委聯(lián)合支持IMT-20205G推進(jìn)組的工作，并以此為平臺(tái)集中產(chǎn)學(xué)研用優(yōu)勢單位組織開展5G的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的研究，國家863計(jì)劃重大專項(xiàng)等科技研發(fā)項(xiàng)目，積極部署5G的研發(fā)任務(wù)，包括頻率研究、技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估和環(huán)境開發(fā)、先進(jìn)的天線的研究、多指和信道編碼的研究、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究，為加強(qiáng)5G的國際合作在政府層面與歐盟、韓國、日本等國家和地區(qū)建立了交流溝通的機(jī)制，支持5G推進(jìn)組與韓國5G論壇，歐洲5GPPP等研究組織建立了合作的機(jī)制。

應(yīng)該說，我國的5G研發(fā)工作在技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)等方面已經(jīng)取得了積極進(jìn)展。目前，我國提出的5G關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及性能參數(shù)已經(jīng)被ITU采納，5G概念和關(guān)鍵技術(shù)也進(jìn)一步明晰，這為今后開展5G的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

而在未來5G信息通信技術(shù)研討會(huì)上，工信部科技司司長戴曉慧也對(duì)我國5G研究工作提出以下五點(diǎn)要求。

一、5G推進(jìn)工作要以更加開放的姿態(tài)，加強(qiáng)國際合作，支持國內(nèi)企業(yè)積極參與國外的5G研發(fā)工作，鼓勵(lì)國外公司與國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合開展研發(fā)，加強(qiáng)國內(nèi)外研究組織的合作，充分吸納國際上的創(chuàng)新技術(shù)與理念，共同推進(jìn)全球的5G發(fā)展。

二、5G研發(fā)要以提升用戶體驗(yàn)為目標(biāo)，加強(qiáng)多種技術(shù)的融合研究，除了通過提高無線傳輸能力，承載更高數(shù)據(jù)速率之外，信息的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是研究重點(diǎn)。如通過分布式、扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)消除網(wǎng)絡(luò)的流量瓶頸、延時(shí)，搭建更適合于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。另外5G也將是多種網(wǎng)絡(luò)的融合，將宏蜂窩、微蜂窩、熱點(diǎn)小區(qū)、小基站以及Wi-Fi等多種技術(shù)手段進(jìn)行融合，為不同場景的用戶提供更好服務(wù)。

三、注重從技術(shù)實(shí)踐角度加強(qiáng)研究，半導(dǎo)體工藝和材料技術(shù)的研發(fā)拓展了5G領(lǐng)域的創(chuàng)新空間和性能提升的空間，隨著半導(dǎo)體工藝和新材料的不斷進(jìn)步，無線通信技術(shù)將更加小型化，并在成本不增加的前提下提供更強(qiáng)大的處理能力，設(shè)備處理能力的增強(qiáng)也將使得大規(guī)模天線、信號(hào)干擾消除等無線新技術(shù)以及未來有可能出現(xiàn)的革命性的技術(shù)實(shí)現(xiàn)成為可能性。

四、要發(fā)揮企業(yè)的主體作用，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合，堅(jiān)持需求導(dǎo)向和產(chǎn)業(yè)方向，發(fā)揮設(shè)備制造企業(yè)、運(yùn)營企業(yè)等在國際標(biāo)準(zhǔn)在研發(fā)中的主力軍作用，發(fā)揮高校和科研單位基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新作用，建立有效的產(chǎn)學(xué)研用的協(xié)同機(jī)制。

5G關(guān)鍵技術(shù)專注“用戶體驗(yàn)”

每一代移動(dòng)通信技術(shù)的背后總有“殺手锏”，正如4G時(shí)代的OFDM、MIMO等，5G同樣也不例外。

盡管國際上至今對(duì)于5G的基本定義尚未明晰，但其應(yīng)具備一些基本特性：一是實(shí)現(xiàn)無限的頻譜效率，相對(duì)4G提高10倍；二是所用頻譜總帶寬比4G提高10倍；三是基站數(shù)量是4G的10倍；整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)容量提高1000倍，以支撐用戶急劇增長的移動(dòng)通信需求。而5G關(guān)鍵技術(shù)的研究方向則是改善空間領(lǐng)域，比如說空間資源使用、大規(guī)模MIMO、UDN等等。

中國863計(jì)劃5G專家組/IMT-2020推進(jìn)組副主席尤肖虎表示，5G將會(huì)給人們帶來全新的通信體驗(yàn)，如高清視頻、低延時(shí)的連接傳輸，未來甚至是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)?！安贿^5G要想實(shí)現(xiàn)以上功能還有很多瓶頸需要突破，比如時(shí)延，當(dāng)在北京、上海等人口密集度較高的區(qū)域，如何保障人流密集區(qū)對(duì)于某些移動(dòng)應(yīng)用的相同感知和極致體驗(yàn)，這些都是5G有待破解的難題。”

據(jù)尤肖虎介紹，5G研究項(xiàng)目組已經(jīng)針對(duì)多個(gè)方面投入了研發(fā)力量，一是多方機(jī)構(gòu)聯(lián)合，確定5G的頻譜和必要技術(shù)，專注高性能的5G技術(shù)；二是專注密集和大容量的5G無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架；三是對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行評(píng)估和檢測。

明年啟動(dòng)第三階段工作招募合作伙伴

目前，經(jīng)過了3年多時(shí)間的研發(fā)，國家863項(xiàng)目5G研究計(jì)劃的第一階段任務(wù)已于去年完成，該階段重在研究5G的集中框架、無線傳輸技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；目前正在進(jìn)行的針對(duì)性技術(shù)研究的二階段工作也已接近尾聲，包括密集網(wǎng)絡(luò)部署、多天線陣列技術(shù)、用戶速率、發(fā)射功率、頻譜效率、能耗效率等臺(tái)階式的性能提升；在明年，整個(gè)5G項(xiàng)目研究組將進(jìn)入到公開招募伙伴的第三階段。

談及5G技術(shù)的演進(jìn)，5G研究組目前也提供了三種演進(jìn)和過渡的方式，第一是RAT技術(shù)，采用全新的無線技術(shù)，使用全新的頻譜資源；第二是從上一代的4G演進(jìn)而來；第三是采用下一代Wi-Fi技術(shù)。目前，這三種演進(jìn)技術(shù)全在候選之中，5G預(yù)計(jì)要在2020年后才能開始商業(yè)模式，當(dāng)下任何一種技術(shù)和演進(jìn)方式還沒有被公認(rèn)為5G的奠基石，因此召集產(chǎn)業(yè)鏈上的合作伙伴，共同研究和開發(fā)對(duì)于加快業(yè)界對(duì)于推進(jìn)5G標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程將起到?jīng)Q定作用。

1000MHz頻譜缺口仍是5G最大難題

在網(wǎng)絡(luò)部署方面，5G需要提供更高網(wǎng)絡(luò)容量和更好的覆蓋，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)部署，尤其是UDN部署的復(fù)雜度和成本，具備靈活可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以適應(yīng)用戶和業(yè)務(wù)的多樣化需求，能夠靈活利用各類頻譜資源包括對(duì)稱和非對(duì)稱頻段、重用頻譜和新頻譜、低頻段和高頻段、授權(quán)頻段和非授權(quán)頻段等。

總之，頻譜利用、能耗和成本將成為未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展的三個(gè)關(guān)鍵因素，5G系統(tǒng)相比4G系統(tǒng)需要在以上三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)更加顯著的能力提升。

頻譜資源未來將成為5G網(wǎng)絡(luò)的命脈，預(yù)計(jì)中國到2020年還有1000MHz的頻譜缺口。如何獲得新的頻譜資源，除了國家授權(quán)分配的新頻譜之外，還可以通過頻譜共享、提高頻譜利用率來獲得數(shù)據(jù)量的增長。

考慮到未來5G網(wǎng)絡(luò)將支持全球漫游以及能夠健康發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，因此授權(quán)頻譜還是需要在全世界范圍內(nèi)形成較為一致性的頻譜劃分，否則未來的全球化漫游將成為空談。而目前的情況是，即將到來的2015 年WRC-15大會(huì)將會(huì)為IMT分配新的頻譜資源，但這次劃分顯然與1000MHz的頻譜需求還有相當(dāng)大的差距，因此業(yè)界仍需為IMT尋找可能分配的候選頻譜資源?？紤]到未來高密集組網(wǎng)的需求，未來的候選頻譜需要連續(xù)的大帶寬（例如連續(xù)的500MHz或1GHz的大帶寬）。目前可以作為候選頻譜的資源可優(yōu)先考慮已經(jīng)在ITU上劃分給移動(dòng)業(yè)務(wù)的6/10GHz～100GHz的連續(xù)大帶寬頻譜作為候選頻譜來研究。

關(guān)于5G

5G核心性能指標(biāo)（KPI）的定義和描述：

● 峰值速率 ≥10Gbit/s

● 最小保證速率≥ 100Mbit/s

● 連接數(shù)密度≥1M connections/km2

● 流量密度≥10Tbit/s/km2

● 空口時(shí)延≤1ms

● 端到端時(shí)延≤10ms

● 移動(dòng)速度支持500km/h

三大愿景

盡管5G定義尚未清晰，但5G的三大愿景已經(jīng)得到共識(shí)。

1.軟（Soft）：從核心網(wǎng)到接入網(wǎng)以及空口，全面強(qiáng)化每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元的敏捷性

2.綠（Green）：從網(wǎng)絡(luò)側(cè)到終端側(cè)，全面提升網(wǎng)絡(luò)資源效率

3.極速（Super Fast）：為未來所有可預(yù)期場景提供接近浸入式可觸控的用戶體驗(yàn)

候選技術(shù)

通過全球范圍內(nèi)的眾多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)組織的廣泛研究，5G研究工作逐步集中到以下幾項(xiàng)候選技術(shù)。

空口技術(shù)：EE-SE聯(lián)合設(shè)計(jì)、大規(guī)模天線、全雙工、新型多址、新波形、新型調(diào)制解碼、軟件定義空口、稀疏挖掘、高頻段通信以及頻譜共享與靈活利用

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：C-RAN、軟件定義網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（SDN/NFV）、自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）、超密集網(wǎng)絡(luò)（UDN）、多網(wǎng)融合（multi-RAT），以及直接通信D2D

此外，還包括可穿戴式設(shè)備、M2M和網(wǎng)絡(luò)安全等關(guān)鍵技術(shù)。