第1章 5G标准化演进

1.1 移动通信系统的发展历程

自20世纪80年代初期诞生以来，移动通信已经走过了40多年，共部署了5代系统，大约每10年就经历一次标志性技术革新，移动通信系统的发展历程如图1.1所示。

第一代移动通信系统（1G）基于频分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA），采用模拟调制和解调技术，实现了语音通信、移动通信从无到有的转变。

第二代移动通信系统（2G）基于时分多址（Time Division Multiple Access, TDMA）和码分多址（Code Division Multiple Access, CDMA），提供数字化的语音和低速数据业务，2G完成了从模拟到数字的转变。

第三代移动通信系统（3G）是基于码分多址（CDMA）的宽带多媒体通信系统，支持移动通信系统从以语音为核心业务向以数据为核心业务的演进，完成移动通信从窄带到宽带的转变。3G标准主要包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。

第四代移动通信系统（4G）的基础版本长期演进（Long Term Evolution, LTE）以正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）和多入多出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）技术为主，通过增加系统带宽和提高频谱利用率，实现上下行速率提升；通过简化系统架构层级降低时延，演进版本LTE-Advanced（也称4.5G）做到后向兼容，是真正意义上的4G移动通信技术。

第五代移动通信系统（5G）基于OFDM和Massive MIMO关键技术，首次将业务支撑范围从个人拓展到各行各业，业务场景深度扩展到增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband, eMBB）、超可靠低时延通信（Ultra Reliable Low Latency Communications, uRLLC）和海量机器类通信（Massive Machine Type Communication, mMTC）。5G面向2020年人类社会的通信需求，聚焦高速率、低时延和海量连接的发展目标，系统性能指标设计方面朝着应用场景、业务多样化和差异化方面发展。

5G技术演进的步伐远未停止，后5G（Beyond 5G，B5G）不断吸纳毫米波、太赫兹、人工智能、智能超平面、全息通信、算网融合、“空天海地”一体化等新一代关键使能技术和先进架构设计思想，提升网络能力，用来增强覆盖、扩展容量以及支撑垂直行业应用，推动人类进入智能泛在、绿色协同的数字新未来。

通过总结移动通信的技术发展规律，可以概括出以下几个共同点：

（1）业务承载愈加丰富。由语音到数据，由低速到高速数据业务，再到多媒体，从个人到垂直行业，实现上下行速率和容量的全方位提升。

（2）系统的多址方式和双工方式持续变化。

（3）系统带宽设计从窄带到宽带。

（4）频谱效率不断提升。

历代移动通信系统性能对比如表1.1所示。5G技术演进不能按照单一关键技术发展的路径，而是要将多种新技术组合，灵活发散，满足千差万别的业务需求，主要聚焦在以下几个方向：

（1）面向空分复用的Massive MIMO。利用空间信道的不相关性，提高频谱利用率，成倍增加信道传输容量。

（2）应用高频、超高频的频率资源。目前5G的主流频段采用Sub 6GHz，未来将采用毫米波和太赫兹频段，利用更多频率资源。

（3）面向低时延、高可靠性、大容量的场景。5G技术从单一规则到多项规则系统演进，满足更多场景需求。

从移动网络发展的历程可以看出，影响网络技术更新换代的驱动因素主要包括以下三个方面：

（1）新业务、新应用和新场景带来的新需求：更高用户体验、更低业务时延、更高数据速率、更多用户服务，以及“空天海地”一体化全球无缝覆盖。

（2）现网存在的问题和面临的挑战：5G网络的大规模部署带来高能耗、高成本、低运维效率等问题，需要思考后5G网络时代如何应对这些挑战。

（3）新技术驱动：云计算、大数据及人工智能（Artificial Intelligence, AI）等新技术的发展，带来了更强的计算能力和更高效的软硬件解决方案。

为了支撑业务场景的变革，5G在端到端的各个环节进行了网络能力的增强。如图1.2所示。

在5G网络发展演进过程中，业务需求直接驱动网络技术和网络能力变革。终端、无线网络、传输网、核心网到业务平台的端到端承载能力逐步增强；反过来，更强的网络能力赋能新业务场景的实现，两者相互促进、相得益彰。