第五代移动通信系统概况--面向IMT-2020(5G)的多天线技术

引言：各类新型业务的兴起以及用户规模的迅猛发展，推动着移动通信系统的持续演进与革新。在十年一轮回的移动通信系统发展历程中，众多技术流派在激荡的浪潮中历尽沉浮。有多少技术方案曾如焰火般惊艳乍现，而后却在转瞬间化作过眼云烟，被尘封在故纸堆中。又有多少技术方案能真正经得起理论、实践与市场的多重考验，从而有机会在人类文明史上留下一丝更为清晰的痕迹。如今4G系统的发展方兴未艾，5G的步伐就已紧随其后。移动通信系统的发展即将开启新的篇章。在这历史性跨越的前夜，让我们以一个工程师的视角，从业务、技术、愿景、目标等多重角度对下一代系统所面临的挑战、发展趋势与可能的技术路线进行探讨。

一．演进历程

移动通信系统的发展，十年一轮回。如图1所示，第一代到第四代系统都是以标志性多址技术+典型业务类型作为其断代依据：最早的商用移动通信系统采用了FDMA方式，能够支持模拟话音业务；第二代系统采用了TDMA方式，支持数字化的语音及低速率数据传输业务；第三代系统采用了CDMA多址技术，能够支持多媒体业务；第四代系统则采用了OFDMA技术，支持移动宽带（MBB）业务。

第五代系统是否仍然会沿用这种以多址技术革新和典型新业务为分界点的划分方式呢？5G系统又将具有哪些显著特征？会以什么样的技术为支撑？要做出这样的预测，首先需要从业务、市场和技术等多方面的发展趋向说起。

图1.移动通信系统的演进历程

二．总体趋势

1.移动互联网

图2中描绘了移动通信系统的总体发展趋势。其中，脱胎于传统电信网络的移动通信系统是以话音作为主要业务的。随着多媒体业务的兴起和CDMA技术应用，自3G系统开始，数据传输业务开始逐渐增加，并日益成为一种重要的业务类型。于此同时，与传统的移动通信系统并列的计算机系统也逐渐沿着从独立的个人电脑向着以固定的网络接入为主的桌面互联网方向演进。传统的通信系统和计算机系统，一个要移动一个要互联，本来是你走你的阳关道，我走我的独木桥。但是，随着各自势力范围的扩大，两股势力在一个新的领域逐渐相互的渗透和融合。正是这种融合，推动了所谓的移动互联网的迅猛发展。移动终端的发展形态就很好的印证了这两种网络的融合。如今的智能手机越来越像电脑，而源自电脑的各种PAD却越来越像手机。它们之间的界限正在变得越来越模糊。

图2. 移动通信系统总体发展趋势

实际上，这种所谓的融合在一定程度上也是电信和计算机界相互斗争的结果。划分室内外的墙壁是这两股势力争夺的最初焦点。一座座建筑构成了一个个小小的围城，关在室内的计算机网想要通过WiMax突围到广阔的室外天地中大有作为。而以广域覆盖为专长的移动通信网则想要继续攻城略地，内外通吃一统天下。从标准化和网络部署与应用的实际情况来看，以LTE为代表的传统电信势力似乎占据了绝对优势。但是这一表面上的优势却并不意味着计算机界的落败，对其而言无非是不需要再为了喝口牛奶而去亲自养奶牛罢了。在应用为王的移动互联网时代，更是没必要为了几分薄利，再到通信民工更为擅长的管道铺设领域去挤占我们最后的一亩三分田。

随着智能终端的普及，以OTT为代表的种类繁多的应用已强势地挤占了传统电信业务的盈利空间，导致利润向上层业务和终端领域的转移。而应用层面本就是计算机领域的传统势力范围。同样是由于智能化程度的大幅度提升，终端的诸多应用功能已经反客为主，反而使通信功能渐渐沦为一根不能彻底弃之的鸡肋条。在一个靠粉丝靠情怀吸引用户的时代，终端领域的一个个老牌通信巨头们纷纷被苹果这样以计算机起家的企业打得落花流水。

2.物联网

有人说，一切皆可数字化。对于通信界而言，与之对应的下一句就是一切皆可互联互通。因此，除了移动互联网之外，另一类新型的网络形态主要就是由遍布在我们四周的原本相互独立的设备所构成的所谓物联网。如果说移动互联网基本还属于人的网络，那么物联网则是包络了物与物、人与物的更为广阔的网络。

业界对5G的构想便是，在这两张网络的支撑下，通过云计算等新型技术，在2020年左右构建出一个能够实现万物互联、无处不在，而又让人身临其境的通信系统。

三．市场趋势

5G发展的驱动力之一，是上述业务的发展、融合以及新型网络形态的兴起。而5G发展的另一大驱动力，或者说是压力，则来自于系统规模的爆炸式发展。这里所说的系统规模包括了数据流量规模以及终端连接数规模。

图3给出了我国的5G推进组织—IMT-2020对流量需求增长趋势的预测结果。以北京的某些热点地区（如西单、王府井等地）为例，2020年左右移