國家863計(jì)劃5G移動(dòng)通信先期研究重大項(xiàng)目取得重要階段性進(jìn)展

2014年1月，國家863計(jì)劃啟動(dòng)實(shí)施了5G移動(dòng)通信系統(tǒng)先期研究重大項(xiàng)目（以下簡稱5G重大項(xiàng)目），其總體目標(biāo)是面向2020年移動(dòng)通信應(yīng)用需求，突破5G移動(dòng)通信標(biāo)志性關(guān)鍵技術(shù)，成為5G國際標(biāo)準(zhǔn)研究和技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)力量之一，所掌握的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)在4G的基礎(chǔ)上進(jìn)一步大幅提升；在系統(tǒng)研發(fā)方面走在世界的前列，為2020年之后我國5G技術(shù)應(yīng)用與商業(yè)競爭中取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5G重大項(xiàng)目先后于2014年1月、2015年1月分別部署了一期、二期研究課題，共設(shè)立11個(gè)課題，經(jīng)費(fèi)總投入3億元（含國撥經(jīng)費(fèi)1.81億）。5G重大項(xiàng)目一期課題的主要技術(shù)目標(biāo)包括：研究5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系架構(gòu)、無線組網(wǎng)、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發(fā)與利用等關(guān)鍵技術(shù)，完成性能評(píng)估及原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開展無線傳輸技術(shù)試驗(yàn)，支持業(yè)務(wù)總速率達(dá)10Gbps，空中接口頻譜效率和功率效率較4G提升10倍。5G重大項(xiàng)目二期則重點(diǎn)圍繞以下5G關(guān)鍵性技術(shù)展開研究：研制可靈活配置且吞吐率達(dá)10-100Gbps的5G基站軟試驗(yàn)平臺(tái)；探索毫米波頻譜資源的開發(fā)利用；研究不同體制環(huán)境下的無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)；探索5G網(wǎng)絡(luò)安全新機(jī)制；研究面向5G的新型調(diào)制編碼技術(shù)，提升鏈路性能。5G是面向2020年移動(dòng)通信發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

目前，該項(xiàng)目已取得如下重要階段性進(jìn)展：

一、完成了5G系統(tǒng)需求與愿景、典型應(yīng)用場景與KPI、及頻譜需求分析研究，為我國參與5G標(biāo)準(zhǔn)的制定打下了技術(shù)基礎(chǔ)

課題組完成了5G愿景與需求研究，提出了5G典型場景和關(guān)鍵能力指標(biāo)體系，核心研究成果輸入到ITU；明確了5G的技術(shù)演進(jìn)路線和5G核心關(guān)鍵技術(shù)，提出了5G無線技術(shù)框架及網(wǎng)絡(luò)框架；完成面向2020年的5G頻譜需求預(yù)測(cè)，提出了我國5G潛在候選頻段建議，對(duì)6-100GHz重點(diǎn)候選頻段開展信道測(cè)量與建模研究；有效組織開展5G研究及國際合作，逐步形成我國在5G研究方面的引領(lǐng)地位。

二、在5G新型無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架研究方面進(jìn)行創(chuàng)新，在無線網(wǎng)絡(luò)密集組網(wǎng)、高通量協(xié)作組網(wǎng)、CU分離超蜂窩構(gòu)架、無線接入網(wǎng)絡(luò)虛擬化等研究方向取得重要突破

提出了支持高密度聚合的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——協(xié)作2.0網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，完成了基于軟件定義的接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高密度聚合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的靈活配置和統(tǒng)一管理；研究了高密度異構(gòu)聚合網(wǎng)絡(luò)的干擾抑制、高效協(xié)作以及能效提升的方法，解決了存在多類業(yè)務(wù)時(shí)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)按需匹配；研究了支持5G高密度聚合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)場景的系統(tǒng)級(jí)仿真評(píng)估方法，開發(fā)了系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)；搭建了支持5G網(wǎng)絡(luò)高密度異構(gòu)融合的室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境，完成了原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并已經(jīng)開展了部分關(guān)鍵技術(shù)的測(cè)試驗(yàn)證。

開展了高通量5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究，包括高密集網(wǎng)絡(luò)分層模型與頻率復(fù)用機(jī)制、數(shù)據(jù)與控制分離架構(gòu)、分布干擾協(xié)調(diào)與異構(gòu)資源聯(lián)合調(diào)配、無線自回傳、自組織組網(wǎng)以及統(tǒng)一承載技術(shù)；初步完成了5G高通量無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)；初步搭建了5G高通量無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概念驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)面和控制面分離的基本功能。

開展了面向5G 的無線組網(wǎng)、接入網(wǎng)處理的虛擬化技術(shù)研究，形成了完整的5G超蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。設(shè)計(jì)了超蜂窩無線組網(wǎng)體制，研發(fā)了YaRAN接入網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化平臺(tái)。提出了非棧協(xié)議虛擬化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、基于云計(jì)算的無線接入網(wǎng)架構(gòu)、半靜態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施編排機(jī)制與雙層資源映射方法、一種基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的LTE和WiFi融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，降低了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)信令開銷及業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間；開發(fā)了5G超蜂窩無線組網(wǎng)仿真平臺(tái)以及4種原型驗(yàn)證系統(tǒng)，并對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。正在形成統(tǒng)一的大型原型驗(yàn)證測(cè)試床，對(duì)任務(wù)總體性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，包括5G網(wǎng)絡(luò)的域效、譜效、能效和彈性等指標(biāo)。

提出了5G無線融合網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)模型、控制信令與業(yè)務(wù)承載分離技術(shù)及協(xié)議棧功能虛擬劃分方法、多元異質(zhì)無線通信資源虛擬化模型、多域資源的認(rèn)知協(xié)同技術(shù)；完成了5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，初步搭建了5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟硬件試驗(yàn)系統(tǒng)和仿真平臺(tái)，理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果表明所提信令簡化方案較4G系統(tǒng)可降低信令開銷。

三、突破5G無線傳輸核心關(guān)鍵技術(shù)，在大規(guī)模無線天線陣列和高效協(xié)作傳輸方面取得重要進(jìn)展，為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目擬定的總體目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)

開展了適用于5G需求的大規(guī)模協(xié)作傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究，針對(duì)大規(guī)模MIMO和密集分布式無線傳輸系統(tǒng)，完成了信道建模與信道狀態(tài)信息獲取、空分多址傳輸、鏈路自適應(yīng)傳輸、干擾信道下高性能接收機(jī)、多用戶調(diào)度、系統(tǒng)同步與控制信息傳輸以及大規(guī)模MIMO陣列天線、緊湊多天線、以及低功率可配置射頻技術(shù)的設(shè)計(jì)與開發(fā)；初步完成了仿真驗(yàn)證平臺(tái)的構(gòu)建，開展了關(guān)鍵技術(shù)的性能與評(píng)估；開展了支持64天線大規(guī)模MIMO以及128天線密集分布式無線傳輸原型系統(tǒng)的構(gòu)建和關(guān)鍵技術(shù)的研究。

開展了大規(guī)模協(xié)作傳輸高能效和高譜效基礎(chǔ)理論、信道建模、傳輸技術(shù)、高效協(xié)作傳輸、節(jié)能傳輸技術(shù)的研究以及大規(guī)模有源陣列天線的設(shè)計(jì)與開發(fā)；完成了基于大規(guī)模實(shí)測(cè)3D-MIMO的鏈路與系統(tǒng)仿真平臺(tái)開發(fā)，并開展了關(guān)鍵技術(shù)的性能評(píng)估與驗(yàn)證；開展了支持大規(guī)模128天線MIMO陣列、基站處理池、終端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟硬件開發(fā)和試驗(yàn)驗(yàn)證任務(wù)。

完成了PDMA發(fā)射機(jī)與低復(fù)雜度接收機(jī)、低時(shí)延的多元LDPC編碼及聯(lián)合編碼調(diào)制、FBMC多載波系統(tǒng)的迭代信道估計(jì)方法和針對(duì)超奈奎斯特預(yù)編碼的低復(fù)雜度檢測(cè)算法的研究，形成了以“PDMA非正交多址接入+多元LDPC編碼”為代表的5G譜效提升的總體技術(shù)方案。形成面向5G系移動(dòng)通信的非正交傳輸技術(shù)方案；完成了高密度用戶接入典型場景下SCMA傳輸仿真驗(yàn)證；完成了面向小流量數(shù)據(jù)包頻繁交互的NB-LDPC編碼仿真驗(yàn)證；搭建了5G移動(dòng)通信“協(xié)作多點(diǎn)傳輸CoMP”典型場景下的FBMC傳輸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)并進(jìn)行了部分測(cè)試驗(yàn)證。

提出了以波束分多址（BDMA）為基礎(chǔ)的大規(guī)模MIMO完整傳輸方案；已完成基帶子系統(tǒng)的開發(fā)及固定頻段射頻單元的開發(fā)，系統(tǒng)可支持64-256天線通道，搭建了5G大規(guī)模MIMO外場試驗(yàn)環(huán)境；天線規(guī)模、系統(tǒng)帶寬和處理能力具有可擴(kuò)展性。

四、突破限制我國產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的毫米波射頻芯片關(guān)鍵技術(shù)，并在國際上上首次驗(yàn)證了物理層安全技術(shù)在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用的可行性

完成了毫米波無線接入架構(gòu)、物理層關(guān)鍵技術(shù)、媒體接入控制技術(shù)研究；完成了毫米波CMOS 60GHz射頻單通道系統(tǒng)芯片和42-48GHz芯片模塊設(shè)計(jì)與流片；完成了基于自主研發(fā)芯片的60GHz頻段模擬前端硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使我國在這一薄弱環(huán)節(jié)的研究迅速接近國際先進(jìn)水平。面向我國主導(dǎo)的IEEE 802.11aj無線局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的制定，在45GHz毫米波MIMO設(shè)計(jì)、調(diào)制解調(diào)、信道編譯碼等方面取得突破性進(jìn)展，已向IEEE國際標(biāo)準(zhǔn)組織提交一系列提案，完成了IEEE802.11aj技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案的擬定。

提出了未來寬帶無線接入安全體系架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)安全模型，驗(yàn)證了面向5G物理層安全的無線傳輸技術(shù)、密鑰生成技術(shù)及輕量級(jí)加密和無線安全認(rèn)證技術(shù)的可行性；搭建1套大規(guī)模天線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，具體包括2套模擬基站的32天線通信系統(tǒng)、2套模擬合法用戶和竊聽者的32天線通信系統(tǒng)，完成對(duì)物理層安全傳輸技術(shù)進(jìn)行功能驗(yàn)證和性能自測(cè)試。

提出了支持多種業(yè)務(wù)需求的多級(jí)安全架構(gòu)、基于物理層的“無條件”安全傳輸和跨層安全傳輸方案、一種新的基于物理層接入認(rèn)證方法和基于MIMO的密鑰分發(fā)方案；研制了支持5G無線接入安全傳輸和組網(wǎng)仿真平臺(tái)；搭建了支持5G安全傳輸、認(rèn)證等關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證的試驗(yàn)環(huán)境，包括2個(gè)8發(fā)8收，1個(gè)4發(fā)4收和2個(gè)2發(fā)2收的節(jié)點(diǎn)。

五、超前部署5G新技術(shù)的測(cè)試與評(píng)估研究，支撐我國5G技術(shù)研發(fā)走在世界前列

根據(jù) 5G 總體目標(biāo)、業(yè)務(wù)需求和技術(shù)需求進(jìn)行測(cè)試需求分析，完成了測(cè)試需求分析報(bào)告、評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)指標(biāo)分解和定義，初步形成了評(píng)估指標(biāo)集；完成了典型應(yīng)用場景下的用戶和業(yè)務(wù)分布模型建模；完成針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)及仿真評(píng)估方法研究；提出MIMO近場測(cè)試方案，搭建了大規(guī)模陣列天線軟件仿真評(píng)估平臺(tái)和大規(guī)模陣列天線測(cè)試環(huán)境；開發(fā)了5G候選頻段共存評(píng)估仿真測(cè)試平臺(tái)并完成了評(píng)估分析；初步完成外場測(cè)試環(huán)境建設(shè),包括測(cè)試終端和干擾設(shè)備的設(shè)計(jì)和基本模塊的開發(fā)；完成多核并行計(jì)算仿真平臺(tái)，支持大規(guī)模天線和超密集組網(wǎng)技術(shù)的仿真。