5G 系统技术标准与进展

摘 要 本文首先介绍了5G 技术的需求背景，详细论述了全球(包括欧盟、中国、韩国等)各组织的 5G 活动。阐述了 5G技术的标准化组织及相关进展，针对目前最有希望的5G 技术进行了深入的分析和探讨，指出了技术的优势和应用场景，同时提出了近期技术难点和后续研究方向。

关键词 5G；60GHz；D2D；大规模 MIMO；异构网

随着移动互联网的高速发展和新的终端形态的演进，新型的业务形态出现，包括智能家庭、智能城市、远程医疗、环保监测等，数据业务的需求呈现爆炸式的增长趋势，年增长率在80% ～ 150% 之间，由此推算，10 年将达到1 000 倍。现有的4G 技术已经无法满足如此庞大的数据业务传输需求，因此5G 技术的研究和开发被通信人提上了议程。

1 全球主要的5G 活动

世界各国相关组织都在积极的研发5G 技术，其中比较重要的5G 活动有METIS、 5G PPP、IMT-2020、5G Forum 和NGMN。

1.1 METIS
METIS (Mobile and Wireless CommunicationsSociety) 是欧盟第七框架计划中的一部分，投资总计达2 700 万欧元，第一阶段计划运行30 个月。项目研究组由爱立信、法国电信等通信设备商和运营商、宝马集团以及欧洲部分学术机构共29 个成员组成。研究目标是为建立下一代（5G）移动和无线通信系统奠定基础，为未来的移动通信和无线技术在需求、特性和指标上达成共识，取得在概念、雏形、关键技术组成上的统一意见。
其技术目标是通过移动无线通信系统构建互联互通
的信息社会，主要的愿景如图1 所示。

图1 METIS 主要愿景

1.2 5G PPP

欧盟为维持其在移动通信方面的领先优势（欧洲ETSI 是 3GPP 的主导）率先在其 Horizon 2020 计划中成立了 5G PPP（Public Private Partnership）(5G 政府民间合作计划 )。5G PPP 由政府出资管理项目吸引民间企业和组织参加，计划在 2014 ～ 2020 年期间投资
7 亿欧元，拉动 5 ～ 10 倍企业投资，其机制类似我国的重大科技专项。5G PPP 计划发展 800 个成员，包括ICT 的各个领域：无线 / 光通信、物联网、IT( 虚拟化、 SDN、云计算、大数据 )、软件、安全、终端和智能卡等。 1.3 IMT-2020

IMT-2020 推进组于 2013 年 2 月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。

其愿景为信息随心至，万物触手及。如图 2 所示，我国提出的 5G 需求共包括 6 大技术指标和 3 大效率指标。

图2 IMT-2020 愿景

1.4 5G Forum 和 NGMN
5G Forum 是韩国发起的 5G 组织，成员涵盖政府、
产业、运营商和高校。主要愿景是引领和推进全球 5G 技术。
NGMN 在 2006 年正式在英国成立有限公司，他的主导发起人是由 7 大运营商发起的，包括中国移动、 DoCoMo、沃达丰、Orange、Sprint、KPN，他是希望通过市场发起技术的要求，不管是下一步设备的开发，以及实施等都希望以市场为导向推行。
2 5G 的标准化进程
与 4G 技术类似，5G 相关的标准化组织有两个：ITU 和 3GPP。其中 ITU 是联合国的一个重要专门机构，其下又分电信标准化部门（ITU-T）、无线电通信部门（ITU-R）和电信发展部门（ITU-D）3 个部门，每个部门下设多个研究组，每个研究组下设多个工作组。5G的相关标准化工作是在 ITU-R WP5D 下进行的。而3GPP 是一个产业联盟，其目标是根据 ITU 的相关需求，制定更加详细的技术规范与产业标准，规范产业的行为。
ITU-R WP5D 是专门研究和制定移动通信标准IMT（包括 IMT-2000 和 IMT-Advanced）的组织。 ITU-R WP5D 下设 3 个常设工作组和 1 个特设组，3个常设工作组分别是总体工作组、频谱工作组、技术工作组，特设组为工作计划特设组。
ITU-R WP5D 日前已经确定了 5G 的时间表，如图3 所示，基本上可以划分为 3 个阶段。

图3 ITU-R 5G 时间表

第一个阶段截止到 2015 年底，重点是完成 5G 宏观描述，包括 5G 的愿景，5G 的技术趋势和 ITU 的相关决议，并在 2015 年世界无线电大会上获得必要的频率资源。
第二个阶段是 2016 ～ 2017 年底，为技术准备阶段。 ITU 主要完成技术要求，技术评估方法和提交候选技术所需要的模板等内容。最后正式向全世界发出征集 5G候选技术的通函。
第三个阶段是收集候选技术的阶段。从 2017 年底开始，各个国家和国际组织就可以向 ITU 提交候选技术。 ITU 将组织对收到的候选技术进行技术评估，组织技术讨论，并力争在世界范围内达成一致。
2020 年底，ITU 将发布正式的 5G 标准。故此， 5G 也应该被称为 IMT-2020。

不同国家、地区、公司在 ITU-R WP5D#19 会议上提
出了 5G 的需求，经过多方讨论，目前 5G 愿景已经大体成型。确定了 8 个 5G 关键能力并初步讨论了取值范围。
在 ITU 的框架下，3GPP 将在 Release 14 中开始研究 5G。目前，3GPP 制定的 5G 研究项目共有 6 项：5G 的目标；用户体验质量；业务支持能力；成本、运营和能源效率；自适应成本，按需容量分配；下一步计划。
全球各公司和运营商都在积极的探讨 5G 技术。

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