5G无线技术架构白皮书.doc

5G无线技术架构白皮书
引言P1
场景与技术需求P2
5G无线技术路线P3
5G空口技术框架P5
5G无线关键技术P11
总结P34
主要贡献单位P35
IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立,组织架
构基于原IMT-Advanced推进组,成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。
在过去的三十年里,移动通信经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展,不仅深刻地改变了人们的生活方式,也极大地促进了社会和经济的飞速发展。移动互联网和物联网作为未来移动通信发展的两大主要驱动力,为第五代移动通信(5G)提供了广阔的应用前景。面向2020年及未来,数据流量的千倍增长,千亿设备连接和多样化的业务需求都将对5G系统设计提出严峻挑战。与4G相比,5G将支持更加多样化的场景,融合多种无线接入方式,并充分利用低频和高频等频谱资源。同时,5G还将满足网络灵活部署和高效运营维护的需求,大幅提升频谱效率、能源
效率和成本效率,实现移动通信网络的可持续发展。
传统的移动通信升级换代都是以多址接入技术为主线,5G的无线技术创新来源将更加丰富。除了稀疏码分多址(SCMA)、图样分割多址(PDMA)、多用户共享接入(MUSA)等新型
多址技术之外,大规模天线、超密集组网和全频谱接入都被认为是5G的关键使能技术。此外,新型多载波、灵活双工、新型调制编码、终端直通(D2D)、全双工(又称同时同频全双工)等也是潜在的5G无线关键技术。5G系统将会构建在以新型多址、大规模天线、超密集组网、全频谱接入为核心的技术体系之上,全面满足面向2020年及未来的5G技术需求。
当前,5G愿景与需求已基本明确,概念与技术路线逐步清晰,国际标准制定工作即将启动。为此,迫切需要尽快细化5G技术路线,整合各种无线关键技术,形成5G无线技术框架并推动达成产业共识,以指导5G国际标准及后续产业发展。
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与以往移动通信系统相比,5G需要满足更加多样化的场景和极致的性能挑战。归纳未来移动互联网和物联网主要场景和业务需求特征,可提炼出连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗大连接四个5G主要技术场景。
?连续广域覆盖场景是移动通信最基本的覆盖方式,在保证用户移动性和业务连续性的前提下,无论在静止还是高速移动,覆盖中心还是覆盖边缘,用户都能够随时随地获100Mbps以上的体验速率。
?热点高容量场景主要面向室内外局部热点区域,为用户提供极高的数据传输速率,满足网络极高的流量密度需求。主要技术挑战包括1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度。?低时延高可靠场景主要面向车联网、工业控制等物联网及垂直行业的特殊应用需求,为用户提供毫秒级的端到端时延和/或接近100%的业务可靠性保证。
?低功耗大连接场景主要面向环境监测、智能农业等以传感和数据采集为目标的应用场景,具有小数据包、低功耗、低成本、海量连接的特点,要求支持百万/平方公里连接数密度。
总之,5G的技术挑战主要包括:~1Gbps的用户体验速率,数十Gbps的峰值速率,数十Tbps/km2的流量密度,1百万/平方公里的连接数密度,毫秒级的端到端时延,以及百倍以上能效提升和单位比特成本降低。
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面对5G场景和技术需求,需要选择合适的无线技术路线,以指导5G标准化及产业发展。综合考虑需求、技术发展趋势以及网络平滑演进等因素,5G空口技术路线可由5G新空口(含低频空口与高频空口)和4G演进两部分组成。
LTE/LTE-Advanced技术作为事实上的统一4G标准,已在全球范围内大规模部署。为了持续提升4G用户体验并支持网络平滑演进,需要对4G技术进一步增强。在保证后向兼容的前提下,4G演进将以LTE/LTE-Advanced技术框架为基础,在传统移动通信频段引入增强技术,进一步提升
4G系统的速率、容量、连接数、时延等空口性能指标,在一定程度上满足5G技术需求。
受现有4G技术框架的约束,大规模天线、超密集组网等增强技术的潜力难以完全发挥,全频谱接入、部分新型多址等先进技术难以在现有技术框架下采用,4G演进路线无法满足5G极致的性能需求。因此,5G需要突破后向兼容的限制,设计全新的空口,充分挖掘各种先进技术的潜力,以全面满足5G性能和效率指标要求,新空口将是5G主要的演进方向,4G演进将是有效补充。
5G将通过工作在较低频段的新空口来满足大覆盖、高移动性场景下的用户体验和海量设备连接。同时,需要利用高频段丰富的频谱资源,来满足热