在全球業界的大力推動下，第五代移動通信（5G）技術快速發展，當前已進入到概念形成和標準制定工作即將啟動的關鍵階段。為推動全球5G概念的形成，我國IMT-2020（5G）推進組對5G主要場景、技術需求和關鍵技術等進行了深入研究，并從中提煉了5G概念和技術路線。在標準化方面，國際電信聯盟（ITU）即將完成5G標準前期研究，并明確提出了IMT-2020標準工作計劃，國際主流移動通信標準組織3GPP近期也啟動了5G相關議題討論。

　　5G面臨四大場景技術挑戰

　　面向2020年及未來，移動互聯網和物聯網將成為5G發展的主要驅動力。5G將滿足人們在居住、工作、休閑和交通等各種場景的多樣化業務需求。從對移動互聯網和物聯網的需求出發，可提煉出 5G的四個主要技術場景：連續廣域覆蓋場景、熱點高容量場景、低功耗大連接場景和低時延高可靠場景。其中，前兩種場景主要面向移動互聯網應用，后兩種場景主要面向物聯網及垂直行業應用。

　　5G面臨四大場景的多樣化技術挑戰。連續廣域覆蓋場景采用移動通信最基本的覆蓋方式，需要隨時隨地為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗速率；熱點高容量場景面向局部熱點區域，需要滿足用戶極高的數據傳輸速率和區域范圍內極高的數據流量需求，主要挑戰包括1Gbps用戶體驗速率、數十Gbps峰值速率和數十Tbps/平方公里流量密度；低功耗大連接場景主要面向海量的低功耗物聯網應用，不僅要求5G網絡具備超千億設備的總連接能力和100萬/平方公里的連接數密度要求，還需保證終端的超低功耗和超低成本；低時延高可靠場景主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的苛刻要求，需要實現毫秒級端到端時延和接近100%的可靠性。

　　5G創新源自無線和網絡

　　在無線技術方面，5G將采用大規模天線陣列、超密集組網、新型多址和全頻譜接入四大核心關鍵技術。大規模天線陣列通過增加天線數可支持數十個獨立的空間數據流，能夠數倍提升系統頻譜效率和容量。超密集組網通過增加基站密度，可實現頻率復用效率的巨大提升。新型多址通過發送信號在碼域/空域/時域/頻域的疊加傳輸，可實現多場景下系統頻譜效率和接入能力的顯著提升，并可通過免調度傳輸降低信令開銷、時延和終端功耗，潛在技術方案包括SCMA、MUSA、 PDMA和NOMA等。全頻譜接入能夠有效利用各種移動通信頻譜來提升傳輸速率。其中，6GHz以下頻段傳播特性較好，可作為5G優選頻段；6GHz以上頻段可作為后續補充頻段。此外，FBMC、F-OFDM、全雙工、靈活雙工、D2D、多元LDPC碼、網絡編碼、極化碼等也被認為是潛在的5G無線關鍵技術。

　　面對多樣化的5G場景，需采用合適的無線技術以滿足相應需求。

　　——在連續廣域覆蓋場景，大規模天線陣列能夠大幅提升系統頻譜效率，提升用戶體驗速率，是連續廣域覆蓋場景最主要的使能技術之一，新型多址技術可與大規模天線陣列相結合，進一步提升頻譜效率和多用戶接入能力。

　　——在熱點高容量場景，超密集組網能夠極大提升單位面積內的頻率復用效率，并能夠與大規模天線陣列和新型多址相結合，進一步提升系統頻譜效率，全頻譜接入能夠充分利用低頻和高頻資源，實現更高的傳輸速率和更大的系統容量。

　　——在低功耗大連接場景，新型多址能夠成倍提升系統的設備連接能力，并可通過免調度機制降低信令開銷和終端功耗；F-OFDM和FBMC可靈活使用碎片頻譜，支持窄帶和小數據包，并降低功耗與成本；D2D可避免基站與終端間的長距離傳輸，從而降低功耗和提升傳輸效率。

　　——在低時延高可靠場景，應采用短幀結構和精簡的信令流程，并引入新型多址和D2D等技術以減少信令交互和數據中轉，還可采用更先進的調制編碼和重傳機制以提升傳輸的可靠性。

　　在網絡技術方面，5G將采用“三朵云”的新型網絡架構，整個網絡將會更加靈活、智能、高效和開放。5G網絡將以SDN和NFV作為基礎使能技術，網絡架構可分為接入云、控制云和轉發云三個域。接入云支持多制式無線接入，融合集中式、分布式及Mesh無線接入網架構，適應各種類型的回傳鏈路，實現更靈活的組網部署和更高效的無線資源管理。5G網絡控制功能和數據轉發功能將解耦，從而形成集中統一的控制云和靈活高效的轉發云。控制云實現局部和全局會話控制、移動性管理和服務質量保證，并構建面向業務的網絡能力開放接口，從而滿足業務的差異化需求，并提升業務的部署效率。轉發云基于通用的硬件平臺，在控制云的高效控制下，實現海量業務數據的高可靠、低時延、均負載的高效傳輸。

　　5G概念及技術路線

　　綜合需求與技術趨勢，5G概念可由“標志性能力指標”和“一組關鍵技術”來共同定義。用戶體驗速率是業界公認的5G最重要的性能指標，它體現了用戶可獲得的真實數據速率，是用戶感受最密切的性能指標。根據5G主要場景的技術需求，5G標志性能力指標應為“Gbps用戶體驗速率”。在關鍵技術方面，5G將采用包括大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構在內的一組關鍵技術，以滿足各種場景的差異化需求。

　　從移動通信技術、標準和產業發展趨勢來看，5G存在新空口和4G演進兩條技術路線。新空口路線主要面向新場景和新頻段進行全新的空口設計，不考慮與4G框架的兼容，通過新的方案設計或引入創新型技術來滿足4G演進路線無法滿足的業務需求及挑戰， 重點考慮滿足物聯網場景和高頻段應用需求。4G演進路線通過在現有4G框架基礎上引入增強型新技術，在保證兼容性的同時進一步提升系統性能，能夠在一定程度上滿足5G場景與業務需求。此外，下一代無線局域網（IEEE 802.11ax）將成為5G的重要補充并將與5G深度融合，共同為用戶提供服務。