第1章 5G网络发展与业务需求

1.1 移动通信发展近况和5G国际研究情况

1.1.1 移动通信发展近况

始于20世纪70年代的移动通信技术，经过40多年的蓬勃发展，已经渗透到现代社会的各个行业，深刻影响着人类的工作、生活方式以及各行各业的发展趋势。在40余年的发展历程中，移动通信系统经历了从第一代（1G）到第四代（4G）的飞跃。基于模拟技术的第一代（1G）无线通信系统仅支持模拟语音业务，第二代（2G）GSM数字通信系统开始支持数字语音和短消息等低速率数据业务，第三代（3G）宽带通信系统则将业务范围扩展到图像传输、视频流传输以及互联网浏览等移动互联网业务。纵然3G时代的用户体验速率相对较低，但移动互联网经过3G时代的培育已经进入了爆发期。人们对信息的巨大需求为4G移动通信系统的发展提供了充足的动力。

以OFDM、MIMO等为核心技术的LTE网络，2004年在3GPP开始研究，2008年底形成了第一个版本的技术规范R8，2009年12月全世界第一张LTE网络商用由TeliaSonera在挪威奥斯陆和瑞典斯德哥尔摩建成，为终端用户真正带来了每秒百兆比特的数据业务传输速率，极大程度地满足宽带移动通信业务应用需求。目前，全球范围内LTE网络的商用部署正在紧锣密鼓地进行，截止到2014年10月底，全球共有119个国家和地区开通354个LTE商用网络[1]，已超过3G网络的一半，成为史上发展速度最快的移动通信技术。据GSA统计，截止到2014年10月底，全球范围内LTE服务用户总数已达到3.73亿户[2]，LTE终端种类已多达2218款[3]，如图1-1和图1-2所示。

LTE网络全球范围的大规模部署以及LTE终端的日趋成熟，极大促进了移动互联网和物联网的快速发展，涌现出多种多样的新型业务和琳琅满目的终端，持续刺激并培养人们数据消费的习惯。据统计，仅2013年全球移动数据增长率为70%[1]。更进一步，预计到2020年，移动互联网和物联网各类新型业务和应用持续涌现将带来1000倍的数据流量增长以及超过百亿量级的终端设备连接[4-6]，如图1-3和图1-4所示。

为了能更好地应对未来移动互联网和物联网的高速发展带来的移动数据流量的高速增长、海量的设备连接以及各种各样差异化新型业务应用不断涌现的局面，需要更加高速、更加高效、更加智能的新一代无线移动通信网络来支撑这些庞大的业务量和连接数。

因此，在全世界范围内4G移动通信网络的部署方兴未艾之时，未来5G移动通信技术的研发已拉开帷幕，成为学术界和信息产业界热门的课题之一，掀起了全球移动通信领域新一轮的技术竞争。

1.1.2 5G研究情况

1．欧盟

2012年9月，欧盟在第七框架计划（FP7）下启动了面向5G研究的5GNOW（5th Generation Non-Orthogonal Waveforms for Asynchronous Signalling）研究课题，该课题主要由来自德国、法国、波兰和匈牙利等国的6家研究机构共同承担。5GNOW课题主要面向5G物理层技术进行研究，该计划已于2015年2月完成[7]。

同年11月，同样在FP7下，欧盟正式启动了名为METIS（Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty Information Society）的5G研究项目，针对如何满足未来移动通信需求进行广泛研究[8]。METIS共有约29个参与单位共同承担，参与单位除了包括阿尔卡特朗讯、诺基亚、爱立信、中兴通讯和华为等顶级通信设备厂商外，还包括德国电信、日本NTT、法国电信、意大利电信、西班牙电信等电信运营商，此外还包括汽车制造商和学术研究机构。

除此之外，欧盟在2014年1月正式推出了5G PPP（5G Public-Private Partnership）项目，计划在2020年前开发5G技术，到2022年正式投入商业运营。该计划的成员主要包括通信设备制造商、网络运营商、电信运营商以及科研院所。

2．中国

中国政府在2013年2月，由科学技术部、工业和信息化部、国家发展和改革委员会三部委联合组织成立了IMT-2020（5G）推进组，其组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的电信运营商、制造商、高校以及研究机构[6]。IMT-2020（5G）推进组的成立旨在打造聚合中国产学研用力量、推动中国5G技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。

除此之外，国家“863”计划也分别于2013年6月和2014年3月启动了5G重大项目一期和二期研发课题，前瞻性地部署5G需求、技术、标准、频谱、知识产权等研究，建立5G国际合作推进平台。在2020年之前，上述“863”计划课题将系统地研究5G领域的关键技术，主要包括体系架构、无线传输与组网、新型天线与射频、新频谱开发与利用等。

3．日韩

在移动通信领域一直走在全球前沿的韩国，在5G研发机构设立、长远规划、促进战略以及研发投入等方面表现都非常积极，相关政策的制定也更加明确。2013年6月，韩国政府组织国内主要的电信设备制造商、电信运营商、研究机构和高校等成立了5G技术论坛（5G Forum）。该论坛提出了韩国5G国家战略和中长期发展计划，推动5G关键技术研究。根据韩国2013年下半年制定的“5G移动通信促进战略”，韩国将在2015年之前实现Pre-5G技术，并在2018年平昌冬奥会上示范5G应用，最终达到2020年正式实现5G商用的目标。

同样在通信技术领域走在前沿的日本，在2013年10月由日本无线工业及商贸联合会（Association of Radio Industries and Businesses, ARIB）正式成立5G研究组“2020 and Beyond Ad Hoc”，旨在对5G服务、系统构成以及无线接入技术等进行研究。该研究组主要包括服务与系统概念工作组和系统结构与无线接入技术组，分别研究2020年及以后移动通信系统中的服务与系统概念以及2020年及之后的技术，比如无线接入技术、网络技术等。日本计划在2020年东京奥运会前实现5G网络的商用。

除此之外，目前全球范围内还有很多组织论坛等正针对5G发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标以及使能技术等进行更加广泛深刻的研究[9-12]。