移动通信论坛5G白皮书.docx

目录摘要11.引言-52i5G总体目标与框架_52.15G总体需求_522设计框架_82.3频谱策略_92.4测试需求H&用户中心网络UCN123.1 UCN总体目标123.1.1. 端到端总体架构与目标123.1.2. 无线接入网总体目标133.2 无线接入网框架143.2.1. 无线接入网构153.2.2. 增强边缘163.2.3. 核心网与接入网重分173.2.4. 网络切片即服务183.3 关键使能技术183.3.1. UDN183.3.2. C-RAN/NGFI203.3.3. SDN/NFV213.3.4. 灵活的网络切片243.3.5. 网络能力开放273.3.6. 多连接与多空口293.3.7. D2D313.3.8. 动态网络334. 软件定义空1.ISDAl364.1 SDAl总体目标364.2 SDAI总体框架364.3 关键使能技术3843.统自适应帧结构381.2. .灵活双工401.3. 3,灵活多址411.4. 4.灵活波形431.5. 大规模多天线44436新型调制编码461.6. 7.灵活频谱使用475. 5G安全技术485J5G安全架构48ARwM通信论上'*eiae4ceMO*M>bm5.1. 终端安全技术505.1.1. 安全需求505.1.2. 关键技术515.2. 空口安全技术535.3 .安全需求535.4 .2.关键使能技术545.3. 数据处理和传输安全技术54541.安全需求545.3.1. 关键技术555.4. 应用层安全技术56551.安全需求5%5.4.1. 关键技术575.5. 物理层安全技术571.1 .1,安全需求575.62 关键使能技术586. 5G智能终端一606.1. 智能终端通信需求616.2. 智能终端能信能力61621.个人信息中心626.2.1. 可穿戴设备636.2.2. 智能机器设备646.2.3. 微型传感器657. 总结66参考文献67缩略语67致谢69AII助通信论发未来移动通信论坛5G白皮书1 .引言5G致力于应对2020后多样化差异化业务的巨大挑战，满足超高速率、超低时延、高速移动、高能效和超高流量与连接数密度等多维能力指标。FUTURE论坛5G特别兴趣组(SIG)围绕着“柔性、绿色、极速''的5G愿景，重新思考5G网络的设计原则：香农理论再思考：为无线通信系统开启绿色之旅；蜂窝再思考(RethinkRing&Young)：蜂窝不再(nomorecell)；信令控制再思考(RethinkSignaling&control)：让网络更智能;天线再思考(Rethinkantennas)：通过SmarTile让基站隐形;频谱空口再思考(Rethinkspectrum&airinterface)：让无线信号"量体裁衣,围绕这些理念，FUTURE论坛5GSIG在5G网络架构、RAN和空口研发方面的取得了显著进展1,2b在5G业务场景与需求、关键技术逐渐明晰，以及5G标准化即将开展之时，迫切需要给出5G系统设计框架以及面向标准化的系统解决方案。本白皮书(版本2.0)基于之前的设计原则，进一步对前传链路和协议栈再思考，聚焦用户中心网络(UCN)和软件定义空口(SDAI),重点关注如下内容： 5G总体框架与目标 UCN架构与关键使能技术 SDAI与关键使能技术 5G安全与智能终端技术本白皮书(版本2.0)于2015年11月发布，目的是统一共识，凝聚力量，应对5G标准化。后续版本根据5G研发进展情况适时更新。2 .5G总体目标与框架2.1 5G总体需求根据图2.1中业务预测报告显示：2014到2019年全球IMT流量将进一步快速增长，总的流量上涨倍数达到几十到100倍3另外，我国“互联网+”国家战略需求中明确指出：未来电信基础设施和信息服务要在国民经济中下沉，满足农业、医疗、金融、交通、流通、制造、教育、生活服务、公共服务、教育和能源等垂直行业的信息化需求，改变传统行业，促生跨界创新。因此，未来5G网络不仅需要继续面对移动互联网业务带来的挑战，例如：频谱效率和用户体验速率的提升，时延的减少，移动性的增强等，同时还需要满足物联网多样化的业务需求。从信息交互对象不同的角度出发，目前5G应用分为三大类场景：增强移动宽带(eMBB)海量机器类通信(mMTC)和超可靠低时延通信(eMTC)oeMBB场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对于用户体验等性能的进一步提升，主要还是追求人与人之间极致的通信体验。mMTC和UMTC都是物联网的应用场景，但各自侧重点不同。mMTC主要是人与物之间的信息交互，而UMTC主要体现物与物之间的通信需求。SMeD0riMm43（八）全球不同区域业务增长趋势McCnMiWMMaM">(36*忡川MobtkiFaSMmg(1MotMeAud>(J¼J(b)全球业务类型增长趋势fl7¾CAGR20U-20Y920182019to»4HM01hM3jsCVMMHf5(c)全球终端及连接数增长趋势图2.1全球移动业务20142019增长趋势5G网络关键能力指标(KPD在不同场景下侧重点不尽相同。本白皮书第一版(版本vl.0)2定义了两类KPI：一是速率、时延、密度和移动性等性能指标，二是频谱效率、能效效率以及成本效率等效率指标。本白皮书与ITU4相比，两者定义的KPl指标基本一致。但前者定义了ITU没有定义的端到端时延和成本效率指标，对于频谱效率的指标要求也要高于ITU。图2.2给出了具体的KPl目标值，可见为了追求极致的用户体验，有些如车联网和工业互联网等场景对于5G部分KPI指标要求极具挑战性。IICWtyIUdioUttncyuptof0Mn/4rtm¼PeakDataRateConneclionOensItyTrifflcVolumeDMSity1住,ZfTE<E2E1.alMcyMnimumguvMiwdOM*M,*¾Mty图2.25G能力KPI（引自Future-Forum第一版白皮书及ITU愿景报告4）为了满足2020后的eMBB需求，一方面，4G空口将持续演进和增强：通过更多的载波聚合（如32载波）和多天线增强，如FD-MlMO,MaSSiVeMIMO等实现更高吞吐率；通过多连接、多RAT融合持续增强技术实现更好的异构组网和用户体验；通过更加灵活的频谱使用增加可用频率总量和频率利用效率。另一方面，为了达到5G部分极高KPl指标，如IoGbPS峰值速率，需要引入5G新空口和新技术特性。为了满足mMTC场景需求，基于4G的M2M特性将在技术和实现上持续演进和增强，满足一定场景的需要。更重要的，需要设计全新的针对低功耗、大连接、低成本、深度覆盖的5G物联网新空口，针对物联网业务特性设计全新的系统带宽，选择合理的载波设计，优化实现信令过程和业务过程，以极低的成本满足未来千亿连接的物联网广泛普及使用的需求。为了满足UMTC场景需求，拓展车联网、工业控制等场景，一方面可以基于现有1.TE-A系统，进一步扩展和增强D2D特性、群组通信特性等支持更多行业的扩展，另外可以在后向兼容的基础上设计新子帧结构和传输过程，缩短端到端时延，提升用户体验。但是4G增强很难满足5G提出的ImS空口时延以及99.999%可靠性的需求，所以需要设计5G新空口，引入新的载波设计，缩短子帧长度，支持新的调度和资源分配模式，新的组网形态和端到端传输方式等以缩短时延，同时引入先进的编码调制，先进的传输方式以提高传输的可靠性。由于支持的场景众多，频率范围广，5G空口设计上应尽量灵活可配置，避免多网络重复建设，降低系统复杂度和整网成本。尽量统一灵活空口设计将成为5G空口重要目标。综上，在5G演进路线上，4G及其演进系统与5G系统将长期共存，并与其它无线宽带技术（如下一代W1.AN）紧密融合，如图2.3所示。4G演进主要面向6GHz以下频段，满足部分5G场景和需求，5G新空口则同时工作在低频段和高频段，满足全部5G场景和需求。4Groute5Groute图2.35G技术路线图2.2 设计框架5G设计框架包含了5G愿景、5G场景、5G能力、设计理念、核心技术、测试评估和5G方案等多个要素。网络愿景是“柔性、绿色、极速”2。目标场景是eMBB、mMTC和UMTC,包括移动互联网、工业互联网和车联网以及其他具体场景4。为实现愿景和场景目标，图2.2清晰的定义了5G能力。如图2.4和2.5所示，为了实现这些目标和能力，5G设计理念从香农理论再思考、蜂窝再思考、信令控制再思考、天线再思考、频谱空口再思考2,到前传再思考和协议栈再思考，全面定义5G设计原则。基于这些理念,UCN和SDAl两个核心概念被明确作为5G系统解决方案的基础，这里UCN通过RAN架构和功能重定义，尝试提供一个拥有公共的高层协议的统的无线接入架构，而SDAI通过空口不同功能模块的重定义，提供一个具备面向各种差异化业务和场景的定制能力的统一空口。UCN和SDAI中关键使能技术的性能将被评估和测试，同时考虑频谱策略和测试测量技术，以验证技术UCN和SDAl的5G解决方案是否能达到5G能力目标，这是一个闭环设计过程。5GvisionTo/ftagvM11puffieyawrelesss/stemsTbXtVMkappl；CfitionqdadawareToZMBSGViaibIe刃RethInkRing&YcungRethinkSignafang&ContrdRttfcAmennaIRethinkSpectrum&Ari1eraceperFast'V图2.4从5G愿景到研发理念21AA"M通信论HJ*tMe*.!C4BM<X¾M9¾t图2.55G设计框架2.3 频谱策略上述对5G总体需求的研究表明无论从增强的移动宽带的业务需要还是海量的机器类通信的人与物和低时延高可靠的物与物的通信需求，都需要有未来对新的频谱、更大带宽的频谱的要求，特别是用户业务需求和应用的增长、以及设备连接数的百亿级需求对于无线新技术和新频谱都提出了更高的要求。ITU-R在WRC-15研究周期里(针对WRC-15AI1.l),对满足未来2020年以前的频谱需求和候选频段进行了广泛深入研究，开展了如图2.6所示候选频段的共存分析和频段使用的研究：470694/698135014001427145214921518152516951710(MHz)27002900330034003600370038004200(MHZ)4400450048004990535054705725585059256425(MHZ)图2.6ITU-R研究的6GHz以下候选频段在2015年11月即将召开的2015世界无线电大会上将完成对新的IMT候选频段的确认分配工作。我国也积极开展了IMT候选频段的研究，提出了3300-3400MHz,4400-4500MHz,以及4800-4990MHz的候选频谱的支持意见。但从目前的各国提出的候选频段在ITU和各区域组织的讨论上看，各地区