自2015年ITU发布白皮书《IMT愿景—2020年及之后IMT未来发展的框架和总体目标》以来，制定全球统一的5G标准已成为业界的共同呼声。研究需求和评估方法，并于2017年正式启动5G技术候选方案征集。在国内，华为、中兴、爱立信、诺基亚、上海贝尔、大唐、英特尔等公司均参与了5G技术第一阶段2016年研发试验。为早日实现5G商用，2017年，运营商、设备制造商及相关产业链应结合5G研发试验第一阶段的测试成果，在5G领域取得突破。5G关键技术。海量天线：四大问题亟待突破MassiveMIMO被认为是5G的关键技术之一，是唯一能够将系统容量提升十倍、百倍的无线技术。与以往4G广泛使用的单天线和4/8天线系统相比，大规模多天线技术可以通过不同维度（空域、时域、频域、极化域等）提高频谱利用效率和能量利用效率.)多维天线阵列可以自适应调整每个天线单元的相位和功率，可以显着提高MIMO系统的空间分辨率；多天线单元的动态组合自然可以应用波束赋形技术，让能量较少的波束集中在一个小区域，将信号强度集中在特定方向和特定用户群，因此可以显着降低自干扰。小区干扰和邻区干扰，提高用户信号载干比。结合5G技术试验的试验过程和结果，大规模多天线技术的以下关键问题还需要进一步研究：1）信道估计和建模。天线单元的动态组合和分配以及用户终端的移动性使得传统的发射机位置固定的信道估计和建模方法不再适用。多个用户在地理位置上的随机分布将显着影响天线单元的分配。基站需要依靠信道的移动性和空间能量的连续性，尽快做出最优或更好的信道估计。信道能量的空间分布不均匀，不同散射体和反射体的回波只对不同的天线单元可见，这意味着信道相关性将难以预测，衰落将呈现非静态特性。2)导频污染，上行信道估计容易受到相邻小区非正交序列的干扰，基于污染信道估计的下行波束赋形会对使用相同导频序列的终端造成连续的定向干扰，从而降低系统容量。3）部署FDD系统。在FDD系统中发展MassiveMIMO，需要考虑信道估计优化算法、CSI反馈增强和干扰控制、减少反馈占用资源等一系列悬而未决的问题。4）商业部署和成本控制。由于5G基站天线数量将大幅增加，大规模的天线系统将需要使用大量的天线阵列。工业生产必须有严格的成本控制要求。反过来，需要从理论上解决不同场景下天线的最佳数量问题。话题。大规模多天线系统的设计、制造、工程、安装和人工成本需要进一步降低，才能在商业部署中不受限制。新多址接入：竞争激烈2016年年中的3GPPRAN1会议决定eMBB场景下的多址接入方式应基于正交多址接入方式，非正交多址接入技术仅限于上行场景mMTC。这意味着eMBB的多址接入技术将更有可能采用DFT-S-FDMA和OFDMA。华为SCMA、中兴MUSA、大唐PDMA将在2017年争夺mMTC的上行多址接入方案。SCMA、MUSA、PDMA、NOMA等非正交多址方案均依赖SIC技术。虽然该技术具有良好的信号检测性能，但若要应用到5G系统中，仍需解决：1）5G的大量连接需求迫使人们设计更复杂的SIC接收机，这就要求系统是在可接受的功耗水平内配备信号处理能力更强的芯片；2）功率域、空气域、编码域单独或联合编码传输，要求SIC技术具有强大的对用户特征进行连续排序的能力；3）在多级处理过程中，SIC技术可能会带来较大的处理延迟，必须通过优化算法来降低负面影响。此外，每种候选多址技术也有一定的技术局限性。以SCMA为例，剩下的问题主要包括：1）成本合理的码本设计；2）低复杂度的接收和SIC算法；3）优化系统处理速率和链路预算；4）大量用户短时接入，SCMA会造成峰均功率比过高的问题。目前有15个非正交多址接入技术候选方案参与竞争。中国的三个方案要想成功，还需要尽快解决各自候选方案中潜在的技术问题，以增加入选的可能性。高频段通信：需要统一定义，未来5G系统将部署在6GHz以下和6GHz以上的整个频段，全面满足网络对容量、覆盖和性能的要求。目前6GHz以下低频段拥挤，6GHz以上高频段研发不足。这是未来海量5G频谱需求面临的最大挑战：1）高频频谱信道具有许多新特性，如高路径损耗、高散射和对动态环境的敏感性等，需要进一步研究。理论领域。2）元器件成本高，不利于射频功能元器件的成本控制，也对移动终端提出了新的要求。3）最重要的是，需要划定全球可使用的高频段，并在6GHz-100GHz之间确定最佳频谱。所谓“最好”，是指既要具有优良的物理性能，又要适合国际协调，并兼顾当前军事、卫星通信等行业的实际使用。可以预见，全球统一高频段频谱的划定，必然是一场没有硝烟的技术战争。新多载波：语音最高的三大技术5G新空口多载波技术将全面满足移动互联网和物联网的业务需求。选择新的波形类型时需要考虑许多因素，包括频谱效率、延迟、计算复杂性、能源效率、相邻信道共存性能和实施成本。到目前为止，业界最流行的三种候选技术是：F-OFDM、FB-OFDM和UF-OFDM。这三种多载波技术的共同点是都采用了滤波机制，带外泄漏低，可以降低保护带开销。子带之间的能量隔离不需要严格的时间同步，有利于减少同步信令开销。但良好的滤波器设计和滤波器输入参数是这三种技术实现的关键。最优的滤波器设计要求带内近似平坦，带外急剧下降。滤波器引起的信噪比和误包率的损失可以忽略不计，陡峭的带外泄漏也可以大大降低保护频带。高架。此外，还需要考虑实现复杂度和算法复杂度等约束条件。FB-OFDM原理方案中使用的滤波器组是基于每个子载波的粒度。通过优化的原型滤波器设计，FB-OFDM可以极大地抑制信号的旁瓣，并且与UF-OFDM类似，FB-OFDM也通过去除CP来降低开销。UF-OFDM和F-OFDM方案中的滤波器组在一个子带中都是颗粒状的。两者的主要区别在于：一方面，UF-OFDM使用较短的滤波器阶数，而F-OFDM需要使用较长的滤波器阶数；另一方面，UF-OFDM不需要使用CP，考虑到后向兼容的问题，F-OFDM仍然需要CP，其信号处理流程与传统OFDM基本相同。FB-OFDM的低旁瓣电平降低了对同步的严格要求，但滤波器的脉冲响应长度很长，因此FB-OFDM的帧长，不适合短包通信业务。UF-OFDM过滤一组连续的子载波，可以使用较短的过滤长度来支持短包业务。但是UF-OFDM没有CP，因此不适合需要松散时间同步以节省能量的应用场景。.先进的编码和调制：Polar码仍需磨炼。3GPPRAN1在2016年10月的Lisbon会议和2016年11月的Reno会议上达成了如下决议：1）eMBB场景上下行数据通道均采用灵活的LDPC编码方案；2)eMBB场景下的上行控制信道采用Polar编码方案；3）eMBB场景下行控制信道倾向于采用Polar编码方案，而非TBCC（tail-bitingconvolutionalcode）方案，但仍需在未来的会议中确认；4）uRLLC和mMTC场景的数据信道和控制信道的编码方案需要进一步研究。TurboCode2.0、LDPC和Polar编码方案各有优缺点。它们在编码效率上可以接近或“达到”香农容量，并且编解码复杂度低，对芯片的性能要求和功耗也不高。但由于LDPC和Polar编码更适合5G的高速、低时延、大容量数据传输和各种场景，Turbo编码方案实际上已经退出竞争。2017年uRLLC和mMTC场景下数据信道和控制信道的编码方案将是LDPC和Polar编码方案的较量。从技术角度来看，LDPC和Polar编码方案彼此接近。在何种场景、何种渠道选择何种编码方案，市场、专利、产业链的成熟度可能是更重要的权重。这里需要说明的是，LDPC码自提出以来，其相关专利已经过期或接近到期，而Polar码是最年轻的，专利周期也比较长。另外，LDPC在很多领域都有广泛的应用，行业成熟度很高。但由于Polar码的生命周期较短，暂时没有明确的技术标准，应用也不多。从这点来看，Polar码要想应用在uRLLC和mMTC场景，难度更大。全双工：通过对模型的深入分析，验证了全双工技术可以使通信终端设备同时在同一频段发送和接收信号。减少端到端的传输延迟，减少信令开销。全双工技术的核心问题是如何有效抑制和消除强自干扰。5G一期测试实验室的测试系统天线少、带宽小，实验室无线环境相对纯净。但未来商用部署后，将不可避免地面临来自多个邻区的同频和异频干扰、异质小区干扰、异质小区干扰。各种类型的天线、100MHz以上带宽等不可预测的复杂干扰，目前还缺乏对全双工系统工作原理、自干扰消除算法、数学建模的深入理论分析系统的信道和干扰及实验验证。再看全双工技术与基站系统的融合，引入全双工系统后，需要解决：1）全双工帧结构、数据编码、调制、功率分配、波束形成、信道估计、以及物理层的均衡2）MAC层的同步、检测、拦截、冲突避免、ACK/NACK等问题；3)调整或设计更高层次的协议，以保证全双工系统中的干扰协调策略和网络资源管理；4)与MassiveMIMO技术的有效结合，接收、反馈等问题以及在此条件下如何优化MIMO算法；5)考虑到4G空口的演进，全双工和半双工动态切换的控制面优化，以及现有帧结构和控制信令的优化也需要进一步研究。对于未来的大规模商业部署，需要考虑制造成本。在设计和制造射频和电路元件时，自干扰消除电路必须满足宽带（大于100MHz）、低功耗、易于安装、支持MassiveMIMO。需要多个天线（超过64个）。超密集组网：实际场景效果有待测试。超密集异构组网技术可以使终端在部分区域捕获更多的频谱，与各个发射节点的距离也更近，从而提高了业务的功率效率和频谱效率，大大提高了系统容量，各种接入技术和覆盖等级之间的业务负载分担自然得到保障。但是，在超密集部署场景下，由于传输节点之间的距离较小，网络之间的干扰将不可避免。主要类型包括：同频干扰、共享频谱资源干扰、不同覆盖等级之间的干扰、邻区终端干扰。在实际场景中，如何有效地进行节点协作、干扰消除和干扰协调成为需要解决的关键问题。现在业界提出了一系列的解决方案，如虚拟层技术、单元动态集群等，但都没有在实践中得到验证。效果还有待测试。网络传输节点的超密集部署极大地增加了小区边界，小区边界更加不规则，导致切换更加频繁和多样化。原有的4G分布式切换算法会使小区间交互控制信令负载随着小区密度的增加呈二次方增长，极大地增加了网络控制信令负载。超密部署场景下的切换算法是必须要解决的问题。超密集部署中发射节点状态的随机变化使得网络拓扑结构和干扰类型也随机动态变化，加上多样化用户业务需求的保证，同时为了降低复杂度降低网络部署、运维成本，提高网络质量，超密集组网技术必须配合更智能的网络自组织技术，统一实现多种无线接入标准的自配置、自优化和自愈覆盖水平。从目前的研究成果来看，超密集部署场景下的SON技术（自配置、自优化、自愈功能）是业界缺乏共识的，也是需要的关键技术点亟待解决。组网关键技术：网络切片得到验证随着软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等技术的逐步成熟，5G组网技术已经能够实现控制功能和转发功能的分离，并且网元功能与物理实体的解耦，实现网络资源的智能感知和实时部署，以及网络连接和网络功能的按需提供和适配。业界普遍担心的网络切片技术，在第一阶段的测试中也得到了其发起者爱立信通过样机的验证。测试实现了基于爱立信的三层切片管理架构（服务管理层、切片管理层、共享基础设施/资源层），完成了网络切片生命周期管理的全过程，包括基于切片蓝图的切片构建和激活、运行切片的状态监控、更新、迁移、共享、扩容、缩容、删除等。此外，还验证了当前3GPP标准中主流的切片选择方案；以及根据不同业务需求在多个数据中心灵活部署切片等场景。尽管SDN和NFV的结合很强大，但仍然不能解决所有问题。由于现实中有很多传统网络，5G的新网络架构将不得不考虑如何解决异构网络之间的兼容性问题、如何标准化编程接口、如何找到灵活有效的控制策略等一系列问题，如何适配不同架构的网络协议、南北接口的数据规范、数据的采集和处理等。5G是移动宽带网络和物联网的有机结合，因此在机对机通信技术、车联网、态势感知技术、C-RAN和D-RAN组网技术也是其中的一部分。就目前已知的研究成果而言，这些领域还存在很多问题需要进一步研究，最终得出可部署在实际场景中的商业解决方案。与4G一样，5G将是经过长时间发展的多种技术的组合。已有的研究成果已经让人们体验到了5G的一些特性，比如超高速、零时延、超大连接、信息融合等。这不仅仅与5G有关。随着各项研究的不断深入，5G的关键支撑技术将从2017年开始逐步明确，进入实质性的标准化研究和制定阶段。最后，实际商用部署时间为2020年左右。5G将为人们的日常生产生活提供更加便捷的通信条件。
