對5G移動通信發展的思考

[編者按] 未來5到10年，移動通信業務數據量將有數千倍的增加。目前，移動通信的主要需求來自移動互聯網的發展，特別是智能終端的發展激發了移動通信數據業務量的猛增；未來將有更多類型的終端被引入到移動通信網絡中，移動通信終端的數量將遠遠超過人口數量，數據業務將成為絕對的主流。新年來臨之際，我刊特別邀請中國著名移動通信專家、東南大學移動通信國家重點實驗室主任尤肖虎教授展望5G移動通信的發展趨勢。

過去的2014年是5G移動通信技術探索性研究極為活躍的一年。在這一年中，5G關鍵技術指標需求正逐步趨于明確，基本支撐技術的探索進一步深化，5G系統概念研究開始受到業界的關注。

就2014年移動通信的發展態勢而言，以正交頻分復用（OFDM）和多輸入多輸出（MIMO）技術為基本特征的第4代移動通信已在世界范圍內大規模商用部署，并成為無線移動通信的基礎技術，被逐步擴展到物聯網、車聯網等更為廣泛的應用領域。第5代移動通信（5G）已經成為世界范圍內信息技術領域的研究熱點。

2013年以來，歐盟、中國、韓國等國家與地區相繼啟動了相關重大研究計劃，力求在這一未來新的戰略制高點形成先發競爭優勢。按照目前的研究狀況分析，2014年5G發展尚處于基本概念與技術的探索時期，2015年之后將轉入標準化先期研究階段，2017年之后進入標準化征集階段，至2020年5G將具備規模商用技術條件。

相對于已有的移動通信技術，5G移動通信更加注重用戶的需求，并力求為用戶帶來全新的體驗。2014年得到廣泛討論的5G關鍵技術指標包含了用戶體驗平均速率、端到端傳輸時延等與用戶體驗密切相關的核心指標；移動交互式游戲、3D、虛擬現實及全息圖像等新型移動業務應用也將被納入5G系統的技術需求；此外，業界還試圖將5G的應用范圍從目前的人與人通信拓展至人機物協同通信、超密集連接物聯網、車聯網以及新型工業信息化等更為廣泛的領域。可以預見，5G移動通信系統的未來業務應用將邁上新的臺階，從而更為深刻地改變人類社會的行為方式。

1 支撐技術面臨突破

5G系統基本概念和支撐技術目前尚處于探索性研究階段，預計今后1～2年將在世界范圍逐步達成共識。近期受到重點關注的5G熱點技術包括大規模天線（Massive MIMO）技術、超密集組網（UDN）技術、軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）技術等。另外，移動通信新型頻譜開發與利用，包括毫米波新型資源開發、已有頻譜資源的動態共享利用等，成為業界普遍重視的未來5G研究方向。在點到點無線傳輸與多址技術方面，更為高效的新型波形設計也成為業界技術研究的重點。但應當看到，移動通信的升級換代歷程無不伴隨著無線資源復用效率的有效提升；盡管各種新概念、新技術令人眼花繚亂，但未來5G移動通信技術性能的大幅度提升還主要依賴于空間資源的深度復用和網絡功能的深度智能化；從現有信息理論綜合來看，進一步挖掘移動通信空間資源復用效率，將系統性能在4G的基礎上進一步提升1至2個量級是可行的，也可能是唯一的技術途徑。而大規模天線技術與超密集組網技術正是邁向這一途徑的可能解決方案，從而有望在5G候選技術中脫穎而出。

2 網絡構架初現端倪

對于5G基本網絡構架的演進與發展，盡管其走向目前尚不明確，但其網絡構架進一步“互聯網化和IT化”的基本發展特征已初現端倪。傳統移動通信核心網的概念將進一步弱化，更多的網絡功能（包括媒體分發、控制信令等）將可能“下沉”至基站分系統，在簡化整個5G網絡系統設計的同時，進一步降低數據平面和控制平面的傳輸延時，并通過數據平臺與控制平面的分離，實現數據平面的靈活管控以及網絡資源的高效調配和綠色節能。另一方面，通用計算與存儲平臺的能力飛速發展，加之云計算技術日益普及，將整個5G網絡構建在通用服務器、快速以太交換和云計算平臺上，并通過計算資源的隔離、動態調配與遷移實現5G網絡的軟件定義化和虛擬化正越來越多地受到業界重視。

3 發展方式面臨抉擇

5G移動通信系統是以演進方式發展還是以革命性方式的發展，也是業界普遍重視的問題。鑒于4G/LTE技術已成為移動通信發展的主流技術，如何在4G/LTE技術基礎上發展后相兼容的5G移動通信系統，是業界關注的首要發展方式。另一方面，5G移動通信將出現大規模天線、超密集網絡等全新技術，其網絡組網方式（如SDN/NFV等）與頻譜利用方式也將產生潛在的革命性變化，因此不能排除5G移動通信系統采用革命性發展方式的可能性。此外，新一代Wi-Fi技術（如IEEE 802.11ax/aj）也在快速發展之中，其應用場景與目前的UDN移動通信組網技術正趨于高度一致；可以預計Wi-Fi技術發展將進一步與蜂窩移動通信系統趨于融合，除兩種系統的頻譜利用方式有根本性的差別外，其基本支撐技術也有可能趨于統一。

4 未來展望

縱觀ICT技術發展，有理由認為目前移動通信發展正處于新一輪技術與產業變革的初期。這具體表現在：一方面，傳統的以電信運營商為核心的移動通信應用模式正在發生深刻的變化，OTT模式和虛擬運營正逐漸成為產業發展的主要驅動力之一；此外，電信設備的硬件平臺通用化、分布化、虛擬化正逐漸成為主要潮流，ICT深度融合的時代即將到來，傳統的電信技術產業鏈將面臨巨大的沖擊，整個行業正處于技術鏈和產業鏈重塑的重要轉折期；第三，5G移動通信關鍵技術孕育全新的突破，而體系構架則面臨著潛在的革命性變革。上述發展趨勢無一不預示著未來5～10年的移動通信技術發展將進入一個更為難以預計的變革性發展時期。

值此2015年新年來臨之際，謹以此文獻給本刊讀者，希望能夠對讀者在更深層次思考5G未來移動通信發展所有裨益。