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1.1 下一代移动通信（5G）发展趋势

移动通信自上世纪80年代诞生以来，已经深深地影响了人类生活的方方面面，是人类迈入信息时代不可或缺的重要组成部分。目前，随着4G移动通信网络的成熟，下一代移动通信网络 (The Next Generation Mobile Network, 5G) 的标准化已经提上日程，面向5G标准化而提出的各种新兴技术已经成为当前的研究热点。

据爱立信估计，到2020年将会有超过500亿的设备被连接到移动网中^[1]，而IMT-2020也预计到2030年全球物联网设备接近一千亿，其中中国将超过200亿^[2]。如此大的连接数目将会给传统的移动网络带来极大的挑战，迫切需要新的标准来适应新的需求。

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相比于目前的4G通信网络，未来5G应用的场景将更加复杂。而大量新兴事物和移动通信的结合，比如虚拟现实、高铁通信、远程医疗等，使得5G的应用场景更加复杂化。根据2015年IMT-2020推进组发布的5G概念白皮书^[3]，未来5G面临的关键挑战主要为以下4个：

• 连续广域覆盖。以为用户提供无缝连接服务为指标，在小区边缘、高速移动等极端条件下仍能提供100Mbps以上的体验速率。连续广域覆盖指标直接关系着移动网络的服务质量。
• 热点高容量。在超密集住宅区、体育馆、露天集会等局部人流量密集区域，能够为用户提供超高的数据传输速率。白皮书中提出，该场景下用户体验速率不低于1Gbps，峰值速率不低于10Gbps，而流量密度将会达到T比特的量级，而这些指标都是目前所不能达到的。
• 低功耗大连接。主要面向于物联网技术的低功耗大连接指标是5G标准化进程中的重要内容。超高密度的终端数目要求5G网络有连接超过一千亿设备的负载能力，同时还要保证接入终端的超低功耗，降低成本，使得物联网的技术更加接近于实用。
• 低时延高可靠。在一些特殊的场合，比如未来车联网、远程医疗等，低时延高可靠是相当关键的指标，直接影响着服务质量。这些特殊场景下的服务要求提供毫秒级别的延迟以及接近100%的服务可靠性保障。

5G标准化的制定涉及方方面面的内容，包括新的网络架构、新的空口协议、新频段的使用等。目前已有部分厂商和运营商试验了不同的技术，验证其在下一代移动通信网络的可行性。中国移动试验了新的前传网络结构C-RAN (Cloud-Radio Access Network)，其在长沙和珠海的实验表明，引入C-RAN架构可以大幅度降低运营成本和资本性输出，并且能耗可以降低70%左右^[4]。2013年11月华为发布了5G愿景和需求白皮书，并于下一年宣布在高频度的无线频谱下实现了最高115Gbps的传输速率。

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