对5G移动通信发展的思考

[编者按] 未来5到10年，移动通信业务数据量将有数千倍的增加。目前，移动通信的主要需求来自移动互联网的发展，特别是智能终端的发展激发了移动通信数据业务量的猛增；未来将有更多类型的终端被引入到移动通信网络中，移动通信终端的数量将远远超过人口数量，数据业务将成为绝对的主流。新年来临之际，我刊特别邀请中国著名移动通信专家、东南大学移动通信国家重点实验室主任尤肖虎教授展望5G移动通信的发展趋势。

过去的2014年是5G移动通信技术探索性研究极为活跃的一年。在这一年中，5G关键技术指标需求正逐步趋于明确，基本支撑技术的探索进一步深化，5G系统概念研究开始受到业界的关注。

就2014年移动通信的发展态势而言，以正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）技术为基本特征的第4代移动通信已在世界范围内大规模商用部署，并成为无线移动通信的基础技术，被逐步扩展到物联网、车联网等更为广泛的应用领域。第5代移动通信（5G）已经成为世界范围内信息技术领域的研究热点。

2013年以来，欧盟、中国、韩国等国家与地区相继启动了相关重大研究计划，力求在这一未来新的战略制高点形成先发竞争优势。按照目前的研究状况分析，2014年5G发展尚处于基本概念与技术的探索时期，2015年之后将转入标准化先期研究阶段，2017年之后进入标准化征集阶段，至2020年5G将具备规模商用技术条件。

相对于已有的移动通信技术，5G移动通信更加注重用户的需求，并力求为用户带来全新的体验。2014年得到广泛讨论的5G关键技术指标包含了用户体验平均速率、端到端传输时延等与用户体验密切相关的核心指标；移动交互式游戏、3D、虚拟现实及全息图像等新型移动业务应用也将被纳入5G系统的技术需求；此外，业界还试图将5G的应用范围从目前的人与人通信拓展至人机物协同通信、超密集连接物联网、车联网以及新型工业信息化等更为广泛的领域。可以预见，5G移动通信系统的未来业务应用将迈上新的台阶，从而更为深刻地改变人类社会的行为方式。

1 支撑技术面临突破

5G系统基本概念和支撑技术目前尚处于探索性研究阶段，预计今后1～2年将在世界范围逐步达成共识。近期受到重点关注的5G热点技术包括大规模天线（Massive MIMO）技术、超密集组网（UDN）技术、软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）技术等。另外，移动通信新型频谱开发与利用，包括毫米波新型资源开发、已有频谱资源的动态共享利用等，成为业界普遍重视的未来5G研究方向。在点到点无线传输与多址技术方面，更为高效的新型波形设计也成为业界技术研究的重点。但应当看到，移动通信的升级换代历程无不伴随着无线资源复用效率的有效提升；尽管各种新概念、新技术令人眼花缭乱，但未来5G移动通信技术性能的大幅度提升还主要依赖于空间资源的深度复用和网络功能的深度智能化；从现有信息理论综合来看，进一步挖掘移动通信空间资源复用效率，将系统性能在4G的基础上进一步提升1至2个量级是可行的，也可能是唯一的技术途径。而大规模天线技术与超密集组网技术正是迈向这一途径的可能解决方案，从而有望在5G候选技术中脱颖而出。

2 网络构架初现端倪

对于5G基本网络构架的演进与发展，尽管其走向目前尚不明确，但其网络构架进一步“互联网化和IT化”的基本发展特征已初现端倪。传统移动通信核心网的概念将进一步弱化，更多的网络功能（包括媒体分发、控制信令等）将可能“下沉”至基站分系统，在简化整个5G网络系统设计的同时，进一步降低数据平面和控制平面的传输延时，并通过数据平台与控制平面的分离，实现数据平面的灵活管控以及网络资源的高效调配和绿色节能。另一方面，通用计算与存储平台的能力飞速发展，加之云计算技术日益普及，将整个5G网络构建在通用服务器、快速以太交换和云计算平台上，并通过计算资源的隔离、动态调配与迁移实现5G网络的软件定义化和虚拟化正越来越多地受到业界重视。

3 发展方式面临抉择

5G移动通信系统是以演进方式发展还是以革命性方式的发展，也是业界普遍重视的问题。鉴于4G/LTE技术已成为移动通信发展的主流技术，如何在4G/LTE技术基础上发展后相兼容的5G移动通信系统，是业界关注的首要发展方式。另一方面，5G移动通信将出现大规模天线、超密集网络等全新技术，其网络组网方式（如SDN/NFV等）与频谱利用方式也将产生潜在的革命性变化，因此不能排除5G移动通信系统采用革命性发展方式的可能性。此外，新一代Wi-Fi技术（如IEEE 802.11ax/aj）也在快速发展之中，其应用场景与目前的UDN移动通信组网技术正趋于高度一致；可以预计Wi-Fi技术发展将进一步与蜂窝移动通信系统趋于融合，除两种系统的频谱利用方式有根本性的差别外，其基本支撑技术也有可能趋于统一。

4 未来展望

纵观ICT技术发展，有理由认为目前移动通信发展正处于新一轮技术与产业变革的初期。这具体表现在：一方面，传统的以电信运营商为核心的移动通信应用模式正在发生深刻的变化，OTT模式和虚拟运营正逐渐成为产业发展的主要驱动力之一；此外，电信设备的硬件平台通用化、分布化、虚拟化正逐渐成为主要潮流，ICT深度融合的时代即将到来，传统的电信技术产业链将面临巨大的冲击，整个行业正处于技术链和产业链重塑的重要转折期；第三，5G移动通信关键技术孕育全新的突破，而体系构架则面临着潜在的革命性变革。上述发展趋势无一不预示着未来5～10年的移动通信技术发展将进入一个更为难以预计的变革性发展时期。

值此2015年新年来临之际，谨以此文献给本刊读者，希望能够对读者在更深层次思考5G未来移动通信发展所有裨益。