发展5G的分析与建议

的前传（fronthaul）带宽开销大（以LTE为例，3个扇区的单个小区的带宽就在16 Gbit/s左右）以及引起的额外时延问题。

5G将采用MECC，即在靠近移动用户的位置上提供IT服务环境和云计算能力，使应用、服务和内容部署在分布式移动环境中，针对资源密集的应用（如图像、视频、制图等），将计算和存储卸载到无线接入网，从而降低了对通信带宽的开销，并提高了实时性。

5G的终端云化，随着集成电路技术的进步，未来移动终端能力和资源（包括计算、存储、传感等）将得到大幅提升，也可以实现本地资源共享和云化，特别是在社交网络应用中。

（4）5G是蜂窝结构变革的一代

从1G到4G都是基于传统的蜂窝系统，即形状是基本规则（六边形）的蜂窝小区组网，且是一个干扰受限系统。目前，密集高层办公楼宇、住宅和场馆等城市热点区域承载了70%以上的无线分组数据业务。为了解决容量和干扰问题，新技术不断引入，如分布式天线、多输入多输出（MIMO）、多用户检测、基站间协作（CoMP）和中继等。而热点区域的家庭基站、无线中继站、小小区基站和分布式天线等（统称异构基站）大多数呈非规则、无定形部署特性和层叠覆盖，形成了异构分层无线网络。

结合虚拟网络运营商(virtual network operator, VNO)需求，产生了虚拟接入网（virtual RAN, VRAN）与虚拟小区的概念。VRAN就是可以在一个物理设备上按需产生多个RAN实例，5G提供了RAN即服务(RAN-as-a-service，RANaaS)。

可见，传统单层规则的蜂窝小区概念已不存在，移动通信首次出现了去蜂窝的趋势，5G将是蜂窝结构变革的一代。

（5）5G是承前启后和探索的一代

移动通信技术更新约10年一代。1G的目的是要解决语音通信，但语音质量与安全性都不好；到2G时，GSM和CDMA在解决语音通信方面达到极致；1998年提出的3G最初目标是解决多媒体通信（如视频通信），但2005年后出现移动互联网接入的重大应用需求，不过解决得不好；LTE对移动互联网接入需求的解决是到位的，但又面临语音通信（VoLTE）问题。

笔者认为，目前呈现的是"1G短、2G长、3G短、4G长"的特征，那5G呢？5G的目标是要解决万物互联，但目前还没有得到垂直行业（物联网、工业互联网等）的正面回应。因此，未来需求到底是什么？产业生态是什么？现在都只是通信技术专家们的设想，正如1998年提出的3G。因此，5G极有可能与3G类似，是一个相对短暂的一代。但有一点是肯定的，5G将是有探索价值的一代，是移动通信历史上迈向万物互联的承前启后的一代。

3   5G无线传输关键技术

从技术标准架构看，5G无线接入技术涉及帧结构、双工模式、波形、多址接入、编码调制、天线、接入控制协议等。大唐电信科技产业集团（以下简称大唐电信）在2013年发布了5G白皮书，随后我国IMT-2020(5G)推进组梳理了5G无线侧关键技术，主要有大规模多天线、新型多址接入、超密集组网、高频段通信、低时延高可靠物联网、灵活频谱共享、新型编码调制、新型多载波、M2M、D2D（device to device）、灵活双工、全双工共12项关键技术。

当前5G关键技术开始收敛。笔者认为：大规模多天线和新型多址接入技术可以提升频谱效率，构成"任何时间、任何地点"确保用户体验的关键技术；超密集组网和高频段通信技术可以提升热点流量和传输速率，基于LTE-Hi演进技术的能力提升；低时延高可靠物联网技术可以拓展业务应用范围，将成为5G物联网应用（如工业互联网、车联网）的关键使能技术。

3.1   大规模多天线

传统的无线传输技术主要是挖掘时域与频域资源，20世纪90年代，Turbo码的出现使信息传输速率几乎达到了香农极限。多天线技术将信号处理从时域和频域扩展到空间域，从而提高了无线频谱效率和传输可靠性。多天线技术经历了从无源到有源，从二维到三维，从高阶MIMO到大规模阵列天线的发展。

从香农信息论可知，从1G到3G，通过调制与编码等技术进步来提高信噪比实现容量提升的方法已接近极限，但MIMO技术可以在空间域上进一步有效地提高信噪比。理论上，MIMO系统容量与天线数成正比，即增加天线数可以线性地增加系统容量。当基站侧天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交。此时，用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将有效地提升每个用户的信噪比，从而能在相同的时域和频域资源中共同调度更多用户。

随着关键技术的突破，特别是射频器件和天线等技术的进步，使多达100个以上天线端口的大规模多天线技术在5G应用成为可能，是目前业界公认为应对5G在系统容