一、5G技術研發(fā)試驗背景

　　1、5G已經進入標準制定的關鍵階段

　　當前，國際電信聯(lián)盟（ITU）已完成5G愿景研究，確定了5G命名、典型場景和關鍵能力指標體系，并正式發(fā)布了IMT-2020（5G）工作計劃。國內外主流企業(yè)已經達成共識，將在國際主流移動通信標準組織3GPP制定全球統(tǒng)一的5G標準。根據(jù)3GPP工作計劃，2016年初將啟動5G標準研究，2018年6月將完成第一版5G標準，2019年9月將完成5G標準版本的制定。

　　2、5G技術路線已逐漸清晰，關鍵技術共識已基本達成

　　全球業(yè)界已基本形成共識，5G無線技術路線包括新空口及4G演進空口。其中新空口將全面滿足移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務需求，4G演進空口通過引入一系列新的關鍵技術，可以大幅度提升用戶體驗。在關鍵技術方面，正交頻分復用（OFDM）將是5G無線接口的技術基礎，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、新波形技術、先進編碼調制、高頻段通信等將在未來5G系統(tǒng)方案設計中發(fā)揮重要作用。除無線技術外，5G還將在網(wǎng)絡技術方面實現(xiàn)突破，5G將采用以虛擬化技術為基礎的新型網(wǎng)絡架構，其中網(wǎng)絡切片、移動邊緣計算、控制承載分離與網(wǎng)絡功能重構將成為5G網(wǎng)絡的核心關鍵技術。

　　3、各國積極部署5G試驗以推動5G技術、標準與產業(yè)發(fā)展

　　歐盟通過5G PPP重大項目，投入14億歐元研發(fā)資金，并計劃在2018年開展5G規(guī)模試驗，驗證5G技術標準。韓國發(fā)布5G國家戰(zhàn)略，計劃在2018年冬奧會開展5G預商用試驗，為奧運場館提供5G業(yè)務體驗。日本計劃在2020年夏季奧運會前提供正式的5G商用服務，并透過日本運營商NTT DoCoMo組織全球主要制造企業(yè)開展5G技術試驗。美國近期發(fā)布5G頻率，并計劃在未來七年內，斥資4億美元，在美國四座城市建設試驗性的5G網(wǎng)絡。

　　4、我國全方位推進5G研發(fā)，并啟動5G技術研發(fā)試驗

　　在IMT-2020（5G）推進組的組織下，我國企業(yè)、高校和科研機構全方位開展5G研發(fā)，在5G需求、技術及頻譜領域取得了一系列的研究成果，有力地推動了全球5G技術、標準的發(fā)展。目前已完成5G愿景與需求研究并獲得全球廣泛共識，在業(yè)界率先明確5G技術路線及核心關鍵技術，并發(fā)布5G無線和網(wǎng)絡技術架構。當前，5G標準化工作已經啟動，我國于2016年1月正式全面啟動5G技術研發(fā)試驗，我國5G技術研發(fā)試驗對外企開放，目前參加單位包括中國信息通信研究院、中國移動、中國聯(lián)通、中國電信、日本都科摩、華為、中興、大唐、愛立信、三星、諾基亞和上海貝爾、英特爾、高通、展訊、羅德施瓦茨、是德科技、星河亮點等國內外企業(yè)，涵蓋運營商、設備制造企業(yè)、芯片、儀表企業(yè)等產業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)。國內外企業(yè)共同參與，有利于推動5G關鍵技術標準共識形成，為5G產業(yè)鏈的構建奠定基礎。

　　二、我國5G技術研發(fā)試驗總體目標及工作計劃

　　1、總體目標

　　我國5G技術研發(fā)試驗的總體目標是通過5G試驗，促進5G核心關鍵技術成熟，推動5G技術研發(fā)；驗證5G技術方案設計，開發(fā)滿足ITU性能指標的5G技術概念樣機，為5G產品研發(fā)奠定基礎；構建全球化的5G聯(lián)合試驗平臺，促進全球統(tǒng)一的5G國際標準形成。

　　2、總體規(guī)劃

　　基于ITU和3GPP確定的5G工作計劃，結合全球主要企業(yè)的5G研發(fā)計劃，我國5G試驗分兩步實施，第一步為5G技術研發(fā)試驗（2016年至2018年），主要目標是支撐5G國際標準研制，第二步為5G產品研發(fā)試驗（2018年至2020年），主要目標是基于3GPP標準的第一版本，開展5G預商用測試。當前主要面向5G技術研發(fā)試驗開展工作，我國的5G技術研發(fā)試驗總體規(guī)劃為三個階段：

　　第一階段（2016年1月-2016年9月）5G關鍵技術驗證階段。

　　本階段主要目標是通過對5G單項關鍵技術樣機的測試，評估5G候選關鍵技術性能，推動5G關鍵技術標準共識形成，此階段測試對象為業(yè)界主流企業(yè)研發(fā)的關鍵技術試驗樣機。

　　第二階段（2016年6月-2017年9月）5G技術方案驗證階段。

　　本階段主要面向ITU確定的5G性能指標，基于不同廠商提出的5G技術方案開發(fā)的5G概念樣機開展測試，驗證不同廠商的5G技術方案性能，支撐國際標準制定。本階段將制定統(tǒng)一的設備規(guī)范和測試規(guī)范，利用第三方測試儀表，在統(tǒng)一的試驗環(huán)境下開展單基站性能測試。

　　第三階段（2017年6月-2018年10月）5G系統(tǒng)驗證階段。

　　本階段的主要目標是通過多基站高低頻混合組網(wǎng)，構建5G典型應用場景，開展5G系統(tǒng)的組網(wǎng)關鍵技術驗證，評估5G系統(tǒng)在組網(wǎng)條件下的性能，同時，開展5G典型業(yè)務演示，為后續(xù)的5G試商用奠定基礎。

圖1 我國5G試驗總體規(guī)劃

　　三、我國5G技術研發(fā)試驗進展

　　我國5G技術研發(fā)試驗于2016年1月啟動， 截止2016年9月15日，在推進組的組織下，國內外移動通信設備制造商、運營商和科研機構通力合作，已順利完成了5G技術研發(fā)試驗第一階段測試工作。

　　1、5G無線關鍵技術測試進展

　　華為、大唐、中興、愛立信、諾基亞/上海貝爾、三星、英特爾等共7家國內外企業(yè)完成了第一階段測試工作，涉及的無線關鍵技術包括大規(guī)模天線、新型多址、超密集組網(wǎng)、高頻段通信、新型多載波、先進編碼調制和全雙工等。通過第一階段5G關鍵技術試驗樣機測試，進一步驗證了5G關鍵技術性能，有效推動了我國5G關鍵技術的研發(fā)，促進了5G核心關鍵技術在業(yè)界標準共識的形成。

　　大規(guī)模天線陣列是提升5G系統(tǒng)頻譜效率最有效的手段，MIMO技術在4G系統(tǒng)中已經得到了廣泛應用，面對5G傳輸速率與系統(tǒng)容量方面的挑戰(zhàn)，天線數(shù)目的進一步增加將是5G技術重要的演進方向。基于華為、中興、大唐大規(guī)模天線陣列的試驗樣機的性能測試結果，通過將天線端口數(shù)增加至64-128，相比于LTE-A，可實現(xiàn)3~4倍的頻譜效率提升，結合新型多址、先進編碼等關鍵技術，可滿足ITU頻譜效率指標3～5倍提升需求。面向商用的低成本大規(guī)模天線系統(tǒng)將是后續(xù)重要的研究方向。

　　新型多址技術作為創(chuàng)新性的5G技術方向，通過將多個用戶信息疊加在相同的時頻資源上進行傳輸，在接收端利用先進的接收算法分離用戶信息，不僅可成倍提升系統(tǒng)的接入容量，還可有效提升系統(tǒng)頻譜效率。在試驗中，通過對華為稀疏編碼多址接入（SCMA）、中興多用戶共享接入（MUSA）和大唐圖樣分割多址接入（PDMA）概念樣機的性能測試，相對于現(xiàn)有LTE系統(tǒng)，新型多址技術可以將系統(tǒng)的上行用戶接入容量提升至3倍，下行小區(qū)平均吞吐量增益可達86%以上，但新型多址技術接收機的復雜度較高，尤其與大規(guī)模天線、高階調制相結合的情況下，因此，低復雜度接收機算法研究將是后續(xù)的研究重點。

　　高頻段通信作為未來5G重要的技術方向，在滿足5G峰值速率和系統(tǒng)容量指標方面將起到重要的支撐作用，因此，受到業(yè)界主流企業(yè)的廣泛關注。通過對愛立信、華為、三星、中興、諾基亞和上海貝爾等公司的高頻段試驗樣機進行測試，初步驗證了高頻段技術方案支持大帶寬高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，同時，也驗證了高頻段非視距傳輸?shù)男阅?。利用高頻段大帶寬可滿足10～20Gbps的ITU峰值速率指標要求。

　　新型多載波技術通過濾波處理來降低帶外泄露，可以更有效支持基于不同子帶的異步傳輸。通過對華為、中興、愛立信和上海貝爾新型多載波技術方案的測試，驗證了新型多載波技術性能，相對于OFDM技術，新型多載波可以充分利用系統(tǒng)保護帶寬進行數(shù)據(jù)傳輸，可獲得更高的頻譜使用效率，同時，面對5G不同場景及業(yè)務需求，可將系統(tǒng)帶寬劃分為不同子帶，不同子帶采用不同的技術方案進行異步傳輸，對系統(tǒng)性能不會產生影響。

　　先進編碼調制技術測試主要驗證了極化碼的性能，極化碼是一種新型編碼方式，也是當前3GPP標準制定中的一種候選編碼技術方案，通過對華為極化碼試驗樣機在靜止和移動場景下的性能測試，針對短碼長和長碼長兩種場景，在相同信道條件下，相對于Turbo碼，可以獲得0.3-0.6dB的誤包率性能增益，同時，華為還測試了極化碼與高頻段通信相結合，實現(xiàn)了20Gbps以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，驗證了極化碼可有效支持ITU所定義的三大應用場景。

　　全雙工技術是一種新型的雙工技術，通過高效的自干擾消除方案，可以實現(xiàn)同時同頻全雙工收發(fā)，因此，全雙工技術的核心是自干擾消除，通過對華為全雙工實驗樣機的測試，在20MHz帶寬，2天線收發(fā)條件下，可以實現(xiàn)113dB的自干擾消除能力。相對于半雙工系統(tǒng)，采用全雙工可以獲得82.58%以上的吞吐量增益。但是，當前的全雙工技術尚不成熟，應用場景還比較有限，后續(xù)應當加強對自干擾消除技術、多天線自干擾消除以及芯片化和小型化方面的研究工作。

　　超密集組網(wǎng)通過更加密集的無線網(wǎng)絡基礎設施部署，可以獲得更高的頻譜復用效率，從而在局部熱點區(qū)域實現(xiàn)百倍量級的系統(tǒng)容量提升，是滿足2020年及未來移動數(shù)據(jù)流量需求的主要技術手段。通過對大唐超密集組網(wǎng)試驗樣機的測試，驗證了超密集組網(wǎng)中的虛擬小區(qū)等關鍵技術在滿足系統(tǒng)容量，提升用戶體驗速率等方面的優(yōu)勢，在100MHz帶寬條件下，在覆蓋面積300m2情況下，可實現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量3.3Gbps，可等效實現(xiàn)流量密度約11Tbps/km2，可滿足ITU流量密度指標要求。

　　2、網(wǎng)絡關鍵技術測試進展

　　華為、中興通訊、大唐、愛立信、諾基亞上海貝爾和英特爾六家公司完成了網(wǎng)絡關鍵技術測試。涉及的網(wǎng)絡關鍵技術包括網(wǎng)絡切片、移動邊緣計算、控制和承載分離、網(wǎng)絡功能重構等。

　　網(wǎng)絡切片技術，通過切片技術能夠改變原有網(wǎng)絡剛性管道模式。切片模板、切片生命周期管理、多切片接入、切片共享和切片運行維護方面等功能已基本成熟，能夠實現(xiàn)基于5G場景和需求靈活構建不同特性網(wǎng)絡切片的能力；

　　控制和承載分離，相比與傳統(tǒng)網(wǎng)絡可實現(xiàn)控制功能和轉發(fā)功能的完全分離，網(wǎng)絡功能可以按需編排和重構，從而滿足不同場景差異化要求；

　　網(wǎng)絡功能重構，5G網(wǎng)絡設備能夠基于虛擬化技術實現(xiàn)，硬件平臺采用通用x86服務器，云管理系統(tǒng)基于開源技術。基于虛擬化技術的網(wǎng)絡設備在計算性能和通信性能上較專用硬件有一定下降，但是在資源利用效率上更加靈活和高效；

　　移動邊緣計算，5G網(wǎng)絡中移動邊緣計算技術能夠實現(xiàn)業(yè)務的本地路由、阻斷、透傳、限速、計費以及切換等功能，可以有效降低業(yè)務時延，提高視頻類業(yè)務的用戶體驗。

　　3、5G技術研發(fā)試驗第二階段測試計劃

　　5G技術研發(fā)試驗第一階段測試已順利結束，IMT-2020（5G）推動組已于2016年6月啟動了第二階段測試規(guī)范的起草工作，計劃10月份完成無線關鍵技術測試規(guī)范的制定，2016年底前將啟動第二階段無線技術測試工作，2017年中將啟動第二階段網(wǎng)絡技術測試工作。

　　5G技術研發(fā)試驗第二階段測試將基于統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一試驗頻率、統(tǒng)一的設備和測試規(guī)范開展，面向連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠和低功耗大連接等5G典型場景，驗證不同廠商技術方案的功能和性能。并且，還將開展5G核心網(wǎng)增強和無線接入網(wǎng)關鍵技術方案測試。此外，還將重點推動系統(tǒng)、芯片和儀表廠商合作開展多方對接測試，培育5G產業(yè)鏈。

　　四、展望

　　當前，5G標準化工作已經全面拉開序幕，各國積極部署5G試驗推動5G技術、標準及產業(yè)發(fā)展。我國于2016年1月全面啟動5G技術研發(fā)試驗，目前已經順利完成第一階段測試工作，通過測試，驗證了5G關鍵技術性能，有效推動了我國5G關鍵技術的研發(fā)，促進了5G核心關鍵技術在業(yè)界標準共識的形成。隨著5G技術研發(fā)試驗第二階段測試工作的有序推進，我國將與國外主流組織、企業(yè)密切合作，共同推動全球統(tǒng)一5G標準的形成。