5G无线技术架构白皮书

引言

场景与技术需求5G无线技术路线5G空口技术框架5G无线关键技术总结

主要贡献单位

P1 P2 P3 P5 P11 P34 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。

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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）等新型引言多址技术之外，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/km 2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。???场景与技术需求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：0.1～1Gbps的用户体验速率，数十Gbps的峰值速率，数十Tbps/km 2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 无线技术路线

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，来满足热点区域极高的用户体验速率和系统容量需求。综合考虑国际频谱规划及频段传播特性，5G应当包含工作在6GHz以下频段的低频新空口以及工作在6GHz以上频段的高频新空口。5G 低频新空口将采用全新的空口设计，引入大规模天线、新型多址、新波形等先进技术，支持更短的帧结构，更精简的信令流程，更灵活的双工方式，有效满足广覆盖、大连接及高速等多数场景下的体验速率、时延、连接数以及能效等指标要求。在系统设计时应当构建统一的技术方案，通过灵活配置技术模块及参数来满足不同场景差异化的技术需求。5G高频新空口需要考虑高频信道和射频器件的影响，并针对波形、调制编码、天线技术等进行相应的优化。同时，高频频段跨度大、候选频段多，从标准、成本及运维角度考虑，应当尽可能采用统一的空口技术方案，通过参数调整来适配不同信道及器件的特性。高频段覆盖能力弱，难以实现全网覆盖，

需要与低频段联合组网。由低频段形成有效的

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网络覆盖，对用户进行控制、管理，并保证基

本的数据传输能力；高频段作为低频段的有效

补充，在信道条件较好情况下，为热点区域用

户提供高速数据传输。

图1 5G

技术路线与场景

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2. 5G空口技术框架

5G 空口技术框架

图2 灵活可配的5G空口技术框架

1. 设计理念

5G空口技术框架应当具有统一、灵活、可

配置的技术特性。面对不同场景差异化的性能

需求，客观上需要专门设计优化的技术方案。

然而，从标准和产业化角度考虑，结合5G新空口和4G演进两条技术路线的特点，5G应尽可能基于统一的技术框架进行设计。针对不同场景的技术需求，通过关键技术和参数的灵活配置形成相应的优化技术方案。

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6根据移动通信系统的功能模块划分，5G

空口技术框架包括帧结构、双工、波形、多址、调制编码、天线、协议等基础技术模块，通过最大可能地整合共性技术内容，从而达到“灵活但不复杂”的目的，各模块之间可相互衔接，协同工作。根据不同场景的技术需求，对各技术模块进行优化配置，形成相应的空口技术方案。下面简要介绍各模块及相关备选技术：

帧结构及信道化：面对多样化的应用场

景，5G的帧结构参数可灵活配置，以服

务不同类型的业务。针对不同频段、场景

和信道环境，可以选择不同的参数配置，

具体包括带宽、子载波间隔、循环前缀

（CP）、传输时间间隔（TTI）和上下行

配比等。参考信号和控制信道可灵活配置

以支持大规模天线、新型多址等新技术的

应用。

双工技术：5G将支持传统的FDD和TDD

及其增强技术，并可能支持灵活双工和

全双工等新型双工技术。低频段将采用

FDD和TDD，高频段更适宜采用TDD。

此外，灵活双工技术可以灵活分配上下行

时间和频率资源，更好地适应非均匀、动

态变化的业务分布。全双工技术支持相同

频率相同时间上同时收发，也是5G潜在

的双工技术。

波形技术：除传统的OFDM和单载波波形外，5G很有可能支持基于优化滤波器设计的滤波器组多载波（FBMC）、基于滤波的OFDM（F-OFDM）和通用滤波多载波（UFMC）等新波形。这类新波形技术具有极低的带外泄露，不仅可提升频谱使用效率，还可以有效利用零散频谱并与其他波形实现共存。由于不同波形的带外泄漏、资源开销和峰均比等参数各不相同，可以根据不同的场景需求，选择适合的波形技术，同时有可能存在多种波形共存的情况。

多址接入技术：除支持传统的OFDMA技术外，还将支持SCMA、PDMA、MUSA 等新型多址技术。新型多址技术通过多用户的叠加传输，不仅可以提升用户连接数，还可以有效提高系统频谱效率。此外，通过免调度竞争接入，可大幅度降低时延。

调制编码技术：5G既有高速率业务需求，也有低速率小包业务和低时延高可靠业务需求。对于高速率业务，多元低密度奇偶校验码（M-ary LDPC）、极化码、新的星座映射以及超奈奎斯特调制（FTN）等比传统的二元Turbo+QAM方式可进一步提升链路的频谱效率；对于低速率小包业务，极化码和低码率的卷积码可以在短码?

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和低信噪比条件下接近香农容量界；对于

低时延业务，需要选择编译码处理时延较

低的编码方式。对于高可靠业务，需要消

除译码算法的地板效应。此外，由于密集

网络中存在大量的无线回传链路，可以通

过网络编码提升系统容量。

多天线技术：5G基站天线数及端口数将有

大幅度增长，可支持配置上百根天线和数

十个天线端口的大规模天线，并通过多用

户MIMO技术，支持更多用户的空间复用

传输，数倍提升系统频谱效率。大规模天

线还可用于高频段，通过自适应波束赋形

补偿高的路径损耗。5G需要在参考信号设

计、信道估计、信道信息反馈、多用户调

度机制以及基带处理算法等方面进行改进

和优化，以支持大规模天线技术的应用。

底层协议：5G的空口协议需要支持各种先

进的调度、链路自适应和多连接等方案，

并可灵活配置，以满足不同场景的业务需

求。5G空口协议还将支持5G新空口、4G

演进空口及WLAN等多种接入方式。为减

少海量小包业务造成的资源和信令开销，

可考虑采用免调度的竞争接入机制，以减

少基站和用户之间的信令交互，降低接入

时延。5G的自适应HARQ协议将能够满足

不同时延和可靠性的业务需求。此外，5G

将支持更高效的节能机制，以满足低功耗?物联网业务需求。5G空口技术框架可针对具体场景、性能需求、可用频段、设备能力和成本等情况，按需选取最优技术组合并优化参数配置，形成相应的空口技术方案，实现对场景及业务的“量体裁衣”，并能够有效应对未来可能出现的新场景和新业务需求，从而实现“前向兼容”。?

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83. 5G低频新空口设计考虑

低频新空口可广泛用于连续广域覆盖、

热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠场景，其技术方案将有效整合大规模天线、新型多址、新波形、先进调制编码等关键技术，在统一的5G技术框架基础上进行优化设计。

在连续广域覆盖场景中，低频新空口将利用6GHz以下低频段良好的信道传播特性，通过增大带宽和提升频谱效率来实现100Mbps的用户体验速率。在帧结构方面，为了有效支持更大带宽，可增大子载波间隔并缩短帧长，并可考虑兼容LTE的帧结构，如：帧长可被1ms整除，子载波间隔可为15kHz的整数倍；在天线技术方面，基站侧将采用大规模天线技术提升系统频谱效率，天线数目可达128个以上，可支持多达10个以上用户的并行传输；在波形方面，可沿用OFDM波形，上下行可采用相同的设计，还可以采用F-OFDM等技术支持与其它场景技术方案的共存；在多址技术方面，可在OFDMA基础上引入基于叠加编码的新型多址技术，提升用户连接能力和频谱效率；在信道设计方面，将会针对大规模天线、新型多址等技术需求，对参考信号、信道估计及多用户配对机制进行全新设计；在双工技术方面，TDD 可利用信道互易性更好地展现大规模天线的性能。此外，宏基站的控制面将进一步增强并支持C/U分离，实现对小站和用户的高效控制与管理。

在热点高容量场景中，低频新空口可通过增加小区部署密度、提升系统频谱效率和增加带宽等方式在一定程度上满足该场景的传输速率与流量密度需求。本场景的技术方案应与连续广域覆盖场景基本保持一致，并可在如下几方面做进一步优化：帧结构的具体参数可根据热点高容量场景信道和业务特点做相应优化；在部分干扰环境较为简单的情况下，可考虑引入灵活双工或全双工；调制编码方面，可采用更高阶的调制方式和更高的码率；为了降低密集组网下的干扰，可考虑采用自适应小小区分簇、多小区协作传输及频率资源协调；此外，可通过多小区共同为用户提供服务，打破传统小区边界，实现以用户为中心的小区虚拟化；为了给小小区提供一种灵活的回传手段，可考虑接入链路与回传链路的统一设计，并支持接入与回传频谱资源的自适应分配，有效提高资源的使用效率。同时，在系统设计时还要考虑集中式、分布式和无线网状网（MESH）等不同无线组网方式带来的影响。

在低功耗大连接场景中，由于物联网业务具有小数据包、低功耗、海量连接、强突发性的特点，虽然总体数量较大，但对信道带宽的需求量较低，本场景更适合采用低频段零散、碎片频谱或部分OFDM子载波。在多址技术方面，可采用SCMA、MUSA、PDMA等多址技术通过叠加传输来支持大量的用户连接，并

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支持免调度传输，简化信令流程，降低功耗；

在波形方面，可采用基于高效滤波的新波形技

术（如：F-OFDM，FBMC等）降低带外干

扰，利用零散频谱和碎片频谱，有效实现子带

间技术方案的解耦，不同子带的编码、调制、

多址、信令流程等都可进行独立配置；可通过

采用窄带系统设计，提升系统覆盖能力，增加

接入设备数，并显著降低终端功耗和成本；此

外，还需大幅增强节能机制（包括连接态和空

闲态），在连接态通过竞争接入方式，简化信

令流程，降低用户接入时延，减少开启时间；

空闲态采用更长的寻呼间隔，使终端更长时间

处于休眠状态，实现更低的终端功耗。

在低时延高可靠场景，为满足时延指标要

求，一方面要大幅度降低空口传输时延，另一方

面要尽可能减少转发节点，降低网络转发时延。

为了满足高可靠性指标要求，需要增加单位时间

内的重传次数，同时还应有效提升单链路的传输

可靠性。为有效降低空口时延，在帧结构方面，

需要采用更短的帧长，可与连续广域覆盖的帧

结构保持兼容。在波形方面，由于短的TTI设计

可能导致CP开销过大，可考虑采用无CP或多个

符号共享CP的新波形；在多址技术方面，可通

过SCMA、PDMA、MUSA等技术实现免调度

传输，避免资源分配流程，实现上行数据包调度

“零”等待时间。为有效降低网络转发时延，

一方面可通过核心网功能下沉，移动内容本地

化等方式，缩短传输路径；另一方面，接入网侧可引入以簇为单位的动态网络结构，并建立动态MESH通信链路，支持设备和终端间单跳和/或多跳直接通信，进一步缩短端到端时延。为了提升数据传输的可靠性，在调制编码方面，可采用先进编码和空时频分集等技术提升单链路传输的可靠性；在协议方面，可采用增强的HARQ机制，提升重传的性能。此外，还可以利用增强协作多点（CoMP）和动态MESH等技术，加强基站间和终端间的协作互助，进一步提升数据传输的可靠性。4. 5G高频新空口设计考虑高频新空口通过超大带宽来满足热点高容量场景极高传输速率要求。同时，高频段覆盖小、信号指向性强，可通过密集部署来达到极高流量密度。在天线技术方面，将采用大规模天线，通过自适应波束赋形与跟踪，补偿高路损带来的影响，同时还可以利用空间复用支持更多用户，并增加系统容量；在帧结构方面，为满足超大带宽需求，与LTE相比，子载波间隔可增大10倍以上，帧长也将大幅缩短；在波形方面，上下行可采用相同的波形设计，OFDM仍是重要的候选波形，但考虑到器件的影响以及高频信道的传播特性，单载波也是潜在的候选方式；在双工方面，TDD模式可更好地支持高频段通信和大规模天线的应用；编码技术方面，考虑到高速率大容量的传输特点，

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105.4G演进空口设计考虑

4G演进空口将基于LTE/LTE-Advanced

技术框架，在帧结构、多天线、多址接入等方面进一步改进优化，从而在保持平滑演进的基础上，满足5G在速率、时延、流量密度和连接数密度等方面的部分需求。在帧结构方面，可减少每个TTI的OFDM符号数量，并引入优化的调度和反馈机制，以降低空口时延；在多天线方面，可以利用三维信道信息实现更精准的波束赋形，支持更多用户和更多流传输；在多址接入方面，可以利用多用户叠加传输技术和增强的干扰消除算法，提升系统频谱效率及用户容量；针对物联网应用需求，可引入窄带设计方案，以提升覆盖能力，增加设备连接数，并降低功耗和实现成本。此外，4G演进空口应当能够与5G新空口密切协作，通过双连接等方式共同为用户提供服务。

应选择支持快速译码、对存储需求量小的信道编码，以适应高速数据通信的需求。高频新空口对回传链路的要求高，可利用高频段丰富的频谱资源，统一接入与回传链路设计，实现高频基站的无线自回传。此外，为解决高频覆盖差的问题，可采用支持C/U分离的低频与高频融合组网，低频空口可承担控制面功能，高频新空口主要用于用户面的高速数据传输，低频与高频的用户面可实现双连接，并支持动态负载均衡。

IMT-2020(5G)推进组5G 无线技术架构白皮书11

5G 无线关键技术

1. 大规模天线

M I M O 技术已经在4G 系统中得以广泛应

用。面对5G在传输速率和系统容量等方面的性

能挑战，天线数目的进一步增加仍将是MIMO

技术继续演进的重要方向。根据概率统计学原

理，当基站侧天线数远大于用户天线数时，基

站到各个用户的信道将趋于正交。这种情况

下，用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增

益将能够有效地提升每个用户的信噪比，从而

能够在相同的时频资源上支持更多用户传输。

在实际应用中，通过大规模天线，基站

可以在三维空间形成具有高空间分辨能力的高

增益窄细波束，能够提供更灵活的空间复用能

力，改善接收信号强度并更好地抑制用户间干

扰，从而实现更高的系统容量和频谱效率。

大规模天线技术的研究内容主要包括：

（1）应用场景与信道建模

大规模天线技术的潜在应用场景主要包

括：宏覆盖、高层建筑、异构网络、室内外热

点以及无线回传链路等。此外，以分布式天线

的形式构建大规模天线系统也可能成为该技术

的应用场景之一。在需要广域覆盖的场景，大

规模天线技术可以利用现有频段；在热点覆盖

或回传链路等场景，则可以考虑使用更高频

段。针对上述典型应用场景，需要根据大规模

天线信道的实测结果，对一系列信道参数的分布特征及其相关性进行建模，从而反映出信号在三维空间中的传播特性。

（2）传输与检测技术大规模天线的性能增益主要是通过大量天线阵元形成的多用户信道间的准正交特性保证的。然而，在实际的信道条件中，由于设备与传播环境中存在诸多非理想因素，为了获得稳定的多用户传输增益，仍然需要依赖下行发送与上行接收算法的设计来有效地抑制用户间乃至小区间的同道干扰，而传输与检测算法的计算复杂度则直接与天线阵列规模和用户数相图3 大规模天线应用场景

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关。此外，基于大规模天线的预编码/波束赋形

算法与阵列结构设计、设备成本、功率效率和

系统性能都有直接的联系。基于Kronecker运

算的水平垂直分离算法、数模混合波束赋形技

术，或者分级波束赋型技术等可以较为有效地

降低大规模天线系统计算复杂度。

(3) 信道状态信息测量与反馈技术信道状态信息测量、反馈及参考信号设计等对于MIMO技术的应用具有重要意义。为了更好地平衡信道状态信息测量开销与精度，除了传统的基于码本的隐式反馈和基于信道互易性的反馈机制之外，诸如分级CSI测量与反馈、基于Kronecker运算的CSI测量与反馈、压缩感知以及预体验式等新型反馈机制也值得考虑。(4) 覆盖增强技术以及高速移动解决方案天线规模的扩展对于业务信道的覆盖将带来巨大的增益，但是对于需要有效覆盖全小区内所有终端的广播信道而言，则会带来诸多不利影响。在这种情况下，类似内外双环波束扫描的接入技术能够解决窄波束的广覆盖问题。除此之外，大规模天线还需要考虑在高速移动场景下，如何实现信号的可靠和高速率传输问

题。对信道状态信息获取依赖度较低的波束跟

踪和波束拓宽技术，可以有效利用大规模天线

的阵列增益提升数据传输可靠性和传输速率。

(5) 多用户调度与资源管理技术大规模天线为无线接入网络提供了更精细的空间粒度以及更多的空间自由度，因此基于大规模天线的多用户调度技术、业务负载均衡技术以及资源管理技术将获得可观的性能增益。（6）大规模有源阵列天线技术大规模天线前端系统从结构上可分为数字

阵和数模混合阵两大类。出于复杂度、功耗和

成本的考虑，数模混合的阵列架构在高频段将

具有很大的应用潜力。大规模有源阵列天线的

构架、高效/高可靠/小型化/低成本/模块化收

发组件、高精度监测与校准方案等关键技术将

直接影响到大规模天线技术在实际应用环境中

的性能与效率，并将成为直接关系到大规模天

线技术能否最终进入实用化阶段的关键环节。

大规模天线技术为系统频谱效率、用户体

验、传输可靠性的提升提供了重要保证，同时

也为异构化、密集化的网络部署环境提供了灵

活的干扰控制与协调手段。随着一系列关键技

术的突破以及器件、天线等技术的进一步发

展，大规模天线技术必将在5G系统中发挥重大作用。

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（1） 接入和回传联合设计接入和回传联合设计包括混合分层回传、多跳多路径的回传、自回传技术和灵活回传技术等。混合分层回传是指在架构中将不同基站分层标示，宏基站以及其他享有有线回传资源的小基站属于一级回传层，二级回传层的小基站以一跳形式与一级回传层基站相连接，三级及以下回传层的小基站与上一级回传层以一跳形式连接、以两跳/多跳形式与一级回传层基站相连接, 将有线回传和无线回传相结合，提供一种轻快、即插即用的超密集小区组网形式。多跳多路径的回传是指无线回传小基站与相邻小基站之间进行多跳路径的优化选择、多路径建立和多路径承载管理、动态路径选择、回

2. 超密集组网

超密集组网将是满足2020年以及未来移动

数据流量需求的主要技术手段。超密集组网通

过更加“密集化”的无线网络基础设施部署，

可获得更高的频率复用效率，从而在局部热点

区域实现百倍量级的系统容量提升。超密集组

网的典型应用场景主要包括：办公室、密集住

宅、密集街区、校园、大型集会、体育场、地

铁、公寓等。随着小区部署密度的增加，超密

集组网将面临许多新的技术挑战，如干扰、移

动性、站址、传输资源以及部署成本等。为了

满足典型应用场景的需求和技术挑战，实现易

部署、易维护、用户体验轻快的轻型网络，接

入和回传联合设计、干扰管理和抑制、小区虚

拟化技术是超密集组网的重要研究方向。图4 关键技术示意图

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14着小小区更密集的部署、覆盖范围的重叠，带来了严重的干扰问题。当前干扰管理和抑制策略主要包括自适应小小区分簇、基于集中控制的多小区相干协作传输，和基于分簇的多小区频率资源协调技术。自适应小小区分簇通过调整每个子帧、每个小小区的开关状态并动态形成小小区分簇，关闭没有用户连接或者无需提供额外容量的小小区，从而降低对临近小小区的干扰。基于集中控制的多小区相干协作传输，通过合理选择周围小区进行联合协作传输，终端对来自于多小区的信号进行相干合并避免干扰，对系统频谱效率有明显提升。基于分簇的多小区频率资源协调，按照整体干扰性能最优的原则，对密集小基站进行频率资源的划分，相同频率的小站为一簇，簇间为异频，可较好地提升边缘用户体验。

（3）小区虚拟化技术

小区虚拟化技术包括以用户为中心的虚拟化小区技术、虚拟层技术和软扇区技术。以用户为中心的虚拟化小区技术是指打破小区边界限制，提供无边界的无线接入，围绕用户建立覆盖、提供服务，虚拟小区随着用户的移动快速更新，并保证虚拟小区与终端之间始终有较好的链路质量，使得用户在超密集部署区域中无论如何移动，均可以获得一致的高QoS/QoE。虚拟层技术由密集部署的小基站构建虚拟层和实体层网络，其中虚拟层承载广播、寻呼等控制信令，负责移

传和接入链路的联合干扰管理和资源协调，可给系统容量带来较明显的增益。自回传技术是指回传链路和接入链路使用相同的无线传输技术，共用同一频带，通过时分或频分方式复用资源，自回传技术包括接入链路和回传链路的联合优化以及回传链路的链路增强两个方面。在接入链路和回传链路的联合优化方面，通过回传链路和接入链路之间自适应的调整资源分配，可提高资源的使用效率。在回传链路的链路增强方面，利用BC plus MAC（Broadcast Channel plus Multiple Access Channel，广播信道特性加上多址接入信道特性）机制，在不同空间上使用空分子信道发送和接收不同数据流，增加空域自由度，提升回传链路的链路容量；通过将多个中继节点或者终端协同形成一个虚拟MIMO网络进行收发数据，获得更高阶的自由度，并可协作抑制小区间干扰，从而进一步提升链路容量。灵活回传是提升超密集网络回传能力的高效、经济的解决方案，它通过灵活地利用系统中任意可用的网络资源（包括有线和无线资源），灵活地调整网络拓扑和回传策略来匹配网络资源和业务负载，灵活地分配回传和接入链路网络资源来提升端到端传输效率，从而能够以较低的部署和运营成本来满足网络的端到端业务质量要求。

（2）干扰管理和抑制策略

超密集组网能够有效提升系统容量，但随

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动性管理；实体层承载数据传输，用户在同一虚

拟层内移动时，不会发生小区重选或切换，从而

实现用户的轻快体验。软扇区技术由集中式设备

通过波束赋形手段形成多个软扇区，可以降低大量站址、设备、传输带来的成本；同时可以提供虚拟软扇区和物理小区间统一的管理优化平台，降低运营商维护的复杂度，是一种易部署、易维护的轻型解决方案。

3. 全频谱接入

全频谱接入涉及6GHz以下低频段和6GHz

以上高频段，其中低频段是5G的核心频段，

用于无缝覆盖；高频段作为辅助频段，用于热

点区域的速率提升。全频谱接入采用低频和

高频混合组网，充分挖掘低频和高频的优势，

共同满足无缝覆盖、高速率、大容量等5G需

求。考虑高频段传播特性与6GHz以下频段有

明显不同，全频谱接入重点研究高频段在移动

通信中应用的关键技术，目前业界统一的认识图5 虚拟层技术示意图图6 软扇区示意图

是研究6-100GHz频段，该频段拥有丰富的空闲频谱资源，可有效满足未来5G对更高容量和速率的需求，可支持10Gbps以上的用户传输速率。高频通信在军事通信和无线局域网（WLAN）等领域已经获得应用，但是在蜂窝通信领域的研究尚处于起步阶段。高频信号在移动条件下，易受到障碍物、反射物、散射体以及大气吸收等环境因素的影响，高频信道与

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传统蜂窝频段信道有着明显差异，如传播损耗

大、信道变化快、绕射能力差等，因此需要对（1）高频候选频段及信道特性研究

当前高频段研究范围涵盖6-100GHz频段，

包括授权频谱和非授权频谱、对称频谱和非对称

频谱、连续频谱和离散频谱等。面向未来5G可

能的候选频点，结合业界信道测量成果，研究高

频候选频点的信道传播特性，构建适用于高频频

段的信道模型，分析和评估高频频点的适用场

景，选择适合5G的高频频段。目前业界开展研

究的5G典型候选频段主要包括6GHz、15GHz、

18GHz、28GHz、38GHz、45GHz、60GHz和

72GHz等，测量场景涵盖室外热点和室内热点。

初步的信道测量表明，频段越高，信道传

播路损越大。高频信道表现出来的一个新特性是

信道特性比较依赖所采用的天线形态，如传输损

耗、时延扩展和接收功率角度谱等参数随着天线

形态的不同将发生较大的变化，因此信道测量如

何与天线形态解耦是高频信道建模的研究重点。信道传输损耗方面，可采用业界公认的Close-in Reference和Floating Intercept两种不同的路损模型分别提取参数。比较而言，测量数据不足的情况下Close-in Reference模型更加稳健，当有足够的测量数据情况下，采用Floating Intercept 模型更加合理。（2）高频空口设计基于高频信道的特征，高频通信系统以多天线、阵列天线技术为核心研究收发波束赋形技术，以及窄波束的对准与跟踪技术，以提高高频系统的覆盖；研究适用于不同高频频点信道传播特性的信号波形，以及支持高低频混合组网下统一的空口帧结构及接入机制；研究自适应感知频谱技术，以支持授权频谱和非授权频谱等多种频谱使用需求；研究适用于高频通信的编码调制技术、点射技术、干扰管理技术以及高效的MAC层技术等，提升高频空口传输的性能；研究接入与回传相结图7 高频通信关键技术

高频信道测量与建模、高频新空口、组网技术以及器件等内容开展深入研究。

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合的无线传输技术，降低高频组网的成本。

（3）低频与高频混合组网

作为低频蜂窝空口的补充，高频空口将主要

部署在室内外热点区域，用以提供高速率的数据

业务。由于高频信号的传播特性，采用高、低频

混合组网，结合数据面与控制面分离的架构，利

用超密集网络和高频自适应回传技术，可以有效

地解决热点场景下的高容量和高速率需求，并能

够保持较低的布网成本。利用高频通信的窄波束

和小覆盖的特点，可用于D2D、车载雷达等新型

无线应用通信场景。

（4）高频器件

与中低频相比，高频器件更易于系统集成，

实现大规模天线和设备小型化。目前6-100GHz

的器件在微波产品中相对成熟，其中，工作在

14GHz，23GHz，28GHz，V波段和E波段等微波

产品已商用，但应用于蜂窝通信尚需在关键高频

器件上进一步突破。高频功放和低噪放需要进一

步提升功率效率，降低相位噪声；ADC和DAC

器件要求满足至少1GHz信道带宽的采样需求；

新型的高频阵列天线需要满足高增益波束和大范

围空间扫描的需求。

为了验证高频通信关键技术，业界研制了一

些高频通信原型系统。其中，基于E波段的原型

系统可实现高达115Gbps的传输速率，基于20-

40GHz的原型系统可支持10Gbps的传输速率，初

步验证了高频段支持高速数据通信的可行性。

综上所述，高频段通信能够利用高频丰富的频谱资源，大幅度提升数据传输速率和系统容量，是突破传统蜂窝通信的革命性技术。要推动高频通信标准化和产业化，尚需在信道传播特性、空口技术方案、高低频组网和射频器件上实现技术突破。4. 新型多址面向2020年及未来，移动互联网和物联网将成为未来移动通信发展的主要驱动力，5G不仅需要大幅度提升系统频谱效率，而且还要具备支持海量设备连接的能力，此外，在简化系统设计及信令流程方面也提出了很高的要求，这些都将对现有的正交多址技术形成严峻挑战。以SCMA、PDMA和MUSA为代表的新型多址技术通过多用户信息在相同资源上的叠加传输，在接收侧利用先进的接收算法分离多用户信息，不仅可以有效提升系统频谱效率，还可成倍增加系统的接入容量。此外，通过免调度传输，也可有效简化信令流程，并降低空口传输时延。（1）SCMA SCMA是一种基于码域叠加的新型多址技术，它将低密度码和调制技术相结合，通过共轭、置换以及相位旋转等方式选择最优的码本集合，不同用户基于分配的码本进行信息传输。在接收端，通过MPA（Message Passing Algorithm）算法进行解码。由于采用非正交稀疏编码叠加技术，在同样资源条件下，SCMA技

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图8 SCMA工作原理

（2）PDMA

PDMA以多用户信息理论为基础，在

发送端利用图样分割技术对用户信号进行

合理分割，在接收端进行相应的串行干扰

删除（SIC），可以逼近多址接入信道的

容量界。用户图样的设计可以在空域、码

域和功率域独立进行，也可以在多个信号域联合进行。图样分割技术通过在发送端

术可以支持更多用户连接，同时，利用多维调制

和扩频技术，单用户链路质量将大幅度提升。此

外，还可以利用盲检测技术以及SCMA对码字碰

撞不敏感的特性，实现免调度随机竞争接入，有

效降低实现复杂度和时延，更适合用于小数据包、低功耗、低成本的物联网业务应用。

5G时代十大应用场景之智慧能源

在发达市场和新兴市场，许多能源管理公司开始部署分布式馈线自动化系统。馈线自动化（FA）系统对于将可再生能源整合到能源电网中具有特别重要的价值，其优势包括降低运维成本和提高可靠性。馈线自动化系统需要超低时延的通信网络支撑，譬如5G。通过为能源供应商提供智能分布式馈线系统所需的专用网络切片，移动运营商能够与能源供应商优势互补，这使得他们能够进行智能分析并实时响应异常信息，从而实现更快速准确的电网控制。 图6: 5G让能源更智慧 （来源: ABI Research） 馈线自动化 智慧能源 01 23 数据流量 移动性 单位区域连接数 QoS保障 实时 馈线自动化 5G应用场景之 当通信网络的延迟小于10ms时，整个馈线自动化系统可以在100ms内隔离故障区域，这将大 幅度降低发电厂的能源浪费。 11 5G时代十大应用场景白皮书

能源公司正在向智能分布式馈线自动化（FA）方向迈进。在发达市场，供电可靠性预计为99.999％，这意味着每年的停电时间不到5分钟。而新兴能源微网中的太阳能、风力发电机和水力发电会为电网带来不同的负荷，这就意味着目前的集中供电系统可能难以满足需求，因为故障定位和隔离可能需要大约2分钟的时间。 分布式馈线自动化系统从集中式故障通知系统中解脱出来，可以快速响应中断，运行拓扑计算，快速实现故障定位和隔离。目前，智能分布式馈线自动化系统需要光纤布线来提供连接。由于5G可提供10毫秒的网络延迟和千兆吞吐量，因此基于5G的无线分布式馈线系统可以作为替代方案。 由于5G技术采用授权频段，因此移动运营商将除了提供高水准服务等级协定外，还可以提供身份验证和核心网信令安全。南瑞技术在中国已经采用基于光纤的解决方案实施了多个智能分布式FA终端，试点区域在上海浦东，供电可靠性从99.99％提高到99.999％。通用电气和伊顿等公司也正在推广智能分布式FA终端，并表示出对无线解决方案的偏好，以降低通信成本。 5G不仅在这种情况下提供了非常低的时延（10ms ），还降低了许多新兴市场的能源公司建立智能电网的门槛。由于这些市场缺乏传统电网和发电基础设施，能源公司将可再生能源作为其主要电力来源。但是，可再生能源发电缺乏稳定性，导致输电网络能量出现波动。为了避免这种故障，产生的能量必须根据所消耗的能量进行调整 - 5G可以使能。 4.1 商业模式和应用案例 ·根据ABI Research的预测数据， 全球配电自动化市场将从2015年的130亿美元增加到2025年的360亿美元。 ·5G可以取代配电自动化中的现有光纤基础设施，可提供<10ms的网络时延和Gbps级吞吐量，实现无线分布式控制。 ·5G也降低了许多新兴市场能源供应商的准入门槛。5G 的低延迟，广覆盖和快部署允许智能电网进行快速的信息交换，这在可再生能源为主要电源的市场非常有用。 4.2 小结 12 5G时代十大应用场景白皮书

5G+智慧能源典型应用场景白皮书

5G+智慧能源典型应用场景白皮书

目录 智慧电力 (1) 5G智能场站 (1) 电力设施立体巡检 (2) 远程运维指导 (4) 应用案例：天津5G陆空一体化电力设施立体巡检 (4) 石油石化 (5) 5G智慧油田 (5) 5G巡检机器人 (7) 天然气 (8) 煤炭产业 (9)

引言 近年来，能源行业持续推进“互联网+”战略，旨在全方位提升行业信息化、智能化水平，这就需要加强现代信息通信技术、控制技术的利用率，来实现前端设备监控和数据收集，衍生出新型产能方式和用能模式。随着各类能源业务的快速增长，能源行业对新型通信网络的需求日益迫切，急需安全可靠、实时稳定的通信技术及系统支撑。 5 G技术应运而生，背负着“使能垂直行业”的使命，旨在改变垂直行业核心业务的作业模式和运营方式，使得传统行业管理实现智能化、决策更加智慧化。 在此背景下，中国联通发布全新5 G n品牌以及品牌口号“让未来生长”，充分诠释了联通5 G致力科技创新、赋能行业、给用户带来无限精彩体验的品牌精神和品牌态度。联通5G将以其“大带宽、低时延、泛连接”的特性，助力能源行业实现高质量发展、提升服务水平、拓展新业务新模式，全面提升能源物联网全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新能力，推动能源行业安全可靠、绿色智能发展。

智慧电力 今年年初，国家电网提出“三型两网、打造世界一流智能电网”的战略目标，南方电网印发《数字化转型和数字南网建设行动方案（2019版）》，全面驱动传统电力行业转型升级。智能电网是全球各国电力、能源产业发展变革的体现，特别我国智能电网发展战略的提出，将在发输变配用电和调度的各个环节都实现智能化、数字化。已有的电网调度通信系统将进一步升级换代，在实现数据自动远程传输的同时，能够灵活维护和调控，形成实时立体监控、安全可靠的电力信息网络。 5 G以一种全新的网络架构提供10倍于4 G的用户体验速率，峰值速率高达20 Gbps（毫米波），低至1 ms的空口时延，5个9的超高可靠性，100万每平方公里的连接密度。针对行业应用定义了 mMTC海量物联和 uRLLC低时延高可靠两类全新场景，使得 VR、大数据等运用到电力行业成为现实，更加有效服务现场监控和事故预判、诊断，实现电力行业从数字化到智慧化的演进。5G 独有的网络切片技术的安全级别和隔离性完全满足能源行业对安全的需求，而相比企业自建的光纤专网，则大幅度的降低了成本。5 G边缘计算技术通过网关分布式下沉部署，进行本地流量处理和逻辑运算，节省带宽的同时降低了延时，充分满足电网相关业务的超低时延需求，构建高效环保、绿色智能电网。 5G智能场站 随着分布式新能源的迅猛发展，新能源发电设备日益增加，变电站、风电场、光伏电站等大多呈分散式分布，有些处于偏远地，光纤覆盖难，施工难度大，运

5G时代十大应用场景白皮书.doc

5G时代十大应用场景白皮书 G时代十大应用场景白皮书友情提示上课时间请勿：请将您手机改为震动避免在课室里使用手机交谈其他事宜随意进出教室请勿在室内吸烟上课时间欢迎：提问题和积极回答问题随时指出授课内容的不当之处背景和目标 与前几代移动网络相比G网络的能力将有飞跃发展。 例如下行峰值数据速率可达Gbps而上行峰值数据速率可能超过Gbps此外G还将大大降低时延及提高整体网络效率：简化后的网络架构将提供小于毫秒的端到端延迟。 那么G给我们带来的是超越光纤的传输速度（MobileBeyondGiga）超越工业总线的实时能力（RealTimeWorld）以及全空间的连接（AllOnlineEverywhere）,G将开启充满机会的时代。 另外G为移动运营商及其客户提供了极具吸引力的商业模式。 为了支撑这些商业模式未来网络必须能够针对不同服务等级和性能要求高效地提供各种新服务。 运营商不仅要为各行业的客户提供服务更需要快速有效地将这些服务商业化。 洞察未来这篇白皮书将会探讨最能体现G能力的十大应用场景。 Slide目录实时计算机图像渲染及建模远控驾驶、编队行驶、自动驾驶无线机器人云端控制馈线自动化具备力反馈的远程诊断超

高清K视频和云游戏专业巡检和安防超高清全景直播AI辅助智能头盔AI使能的视频监控云ARVR车联网智能制造智慧能源无线医疗无线家庭娱乐联网无人机社交网络个人AI辅助智慧城市引言 与G萌生数据、G催生数据、G发展数据不同G是跨时代的技术ndashG除了更极致的体验和更大的容量它还将开启物联网时代并渗透进至各个行业。 它将和大数据、云计算、人工智能等一道迎来信息通讯时代的黄金年。 数字化技术催生各行业的不断创新：ICT、媒体、金融、保险在数字化发展曲线中已经独占鳌头零售、汽车、油气化工、健康、矿业、农业等也在加速其进程。 促进数字化进程的关键技术包括软件定义设备、大数据、云计算、区块链、网络安全、时延敏感网络、虚拟现实和增强现实等。 而连接一切技术的是ndash通讯网络。 人们对G赋予前所未有的期盼因为G是新时代的跨越它能带来超越光纤的传输速度（MobileBeyondGiga）超越工业总线的实时能力（RealTimeWorld）以及全空间的连接（AllOnlineEverywhere）。 我们看到移动网络正在使能全行业数字化成为基础的生产力。 网络能力长足发展才能支撑更多样的业务存在。 从人们的日常应用看它们正在悄然的发生变化。 首先是视频体验的提升：据华为WirelessXLabs通过人因工

5G+智慧教育典型应用场景白皮书

2019.6 中国联合网络通信有限公司China Unicom

中国联通智慧教育5G典型应用白皮书 目录 引言 (3) 1智慧教育+5G概述 (4) 1.1 定义 (4) 1.2 发展背景 (5) 1.3 应用价值 (6) 2智慧教育+5G典型应用场景 (7) 2.1 5G+虚拟现实教育 (7) 2.1.1 5G+虚拟现实教育定义 (7) 2.1.2 5G+虚拟现实教育政策背景 (8) 2.1.3虚拟现实教育产业现状 (9) 2.1.4 5G+虚拟现实教育商业机会点 (10) 2.1.5 5G+虚拟现实教育应用场景 (10) 2.1.6 5G+虚拟现实教育网络要求 (12) 2.2 5G+远程互动教学 (13) 2.2.1 5G+远程互动教学定义 (13) 2.2.2 5G+远程互动教学政策背景 (14) 2.2.3远程互动教学产业现状 (15) 2.2.4 5G+远程互动教学商业机会点 (16) 2.2.5 5G+远程互动教学应用场景 (16) 2.2.6 5G+远程互动教学网络要求 (19) 2.3 5G+人工智能教育 (20) 2.3.1 5G+人工智能教育定义 (20) 2.3.2 5G+人工智能教育政策背景 (21) 2.3.3人工智能产业现状 (23) 2.3.4 5G+人工智能商业机会点 (24) 2.3.5 5G+人工智能教育应用场景 (25) 2.3.6 5G+人工智能网络要求 (31) 2.4 5G+校园智能管理 (32)

中国联通智慧教育5G典型应用白皮书 2.4.1 5G+校园智能管理定义 (32) 2.4.2 5G+校园智能政策背景 (32) 2.4.3校园智能管理产业现状 (33) 2.4.4 5G+校园智能管理商业机会点 (34) 2.4.5 5G+校园智能管理应用场景 (36) 2.4.6 5G+校园智能管理网络要求 (44) 3智慧教育+5G发展建议 (45) 3.1 技术研究、验证、创新示范 (45) 3.2 产业链合作伙伴关系 (46) 3.3商业模式 (46) 4附录 (47) 4.1联合编写单位 (47)

5G应用创新发展白皮书

目录IMT-2020 (5G)推进组5G应用创新发展白皮书 1 5G融合应用发展态势 2 第二届"绽放杯"5G应用征集大赛项目洞察 3 十大重点应用领域分析 4 5G融合应用的挑战与发展建议 5 主要贡献单位 P1 P5 P15 P46 P48

15G融合应用发展态势 1.1 全球多个国家加速推进5G应用 全球5G应用整体处于初期阶段。根据中国信息通信研究院监测，截至9月30日，全球135家运营商共进行或即将进行的应用试验达到391项。AR/VR、超高清视频传输（4K或8K）、固定无线接入是试验最多的三类应用。在行业应用中，车联网、物联网、工业互联网受到广泛关注。整体来看，全球5G 应用整体处于初期阶段，主要应用场景是增强型移动宽带业务，行业融合应用仍在验证和示范中。 美国家庭宽带成为最受关注的5G应用之一。美国四大移动运营商全部商用5G，在若干个重点城市推出服务，覆盖城市重合度高，相继推出5G固定无线接入的服务；在工业互联网方面，AT&T正在探索基于4K视频的安全监测、AR/VR员工培训及定位服务；与此同时，美国也在尝试5G与VR/AR用于医疗领域，帮助临终患者减少慢性疼痛和焦虑等。FCC通过采取一些举措促进5G技术向精准农业、远程医疗、智能交通等方面的创新步伐，如设立204亿美元的“乡村数字机遇基金”等。 韩国出台5G战略，引领5G用户发展。韩国“5G+”战略选定五项核心服务和十大 “5G+”战略产业，其中五项核心服务是：沉浸式内容、智慧工厂、无人驾驶汽车、智慧城市、数字健康。在商用进展方面，韩国运营商针对VR、AR、游戏推出基于5G的内容和平台活动。截至2019Q3，韩国5G用户数超过300万，占据全球5G商用大部分市场份额。韩国用户发展速度快主要得益于运营商加速建网，手机高额补贴，内容应用丰富，提速不提价。 欧盟5G应用涵盖工业互联网及其他多种应用场景。欧盟于2018年4月成立工业互联与自动化5G联盟（5G-ACIA），旨在推动5G在工业生产领域的落地。欧盟5G应用试验涉及工业、农业、AR/VR、高清视频、智慧城市、港口等多场景。英国伍斯特郡5G工厂探索使用5G进行预防性维护、远程维修指导等应用；德国电信在汉堡港的船舶上安装了5G传感器以支持实时传输行驶轨迹和环境数据，还将交通灯接入5G网络，远程控制交通流量；俄罗斯运营商MegaFon旨在开发智能城市、物联网、VR/AR 等5G应用试点项目。 1.2 我国搭建5G应用产业创新平台 我国举办5G应用大赛，培育5G应用生态。工业和信息化部连续两年举办“绽放杯”5G应用征集大赛，孵化一批5G特色应用。2018年成功举办首届大赛，共收到参赛项目330多个，参与单位189家，涵盖基础运营企业、互联网企业、科研院所等产业界各方力量，并发布了《"绽放杯"5G应用征集大赛白 1