國家863計劃5G移動通信先期研究重大項目取得重要階段性進展

2014年1月，國家863計劃啟動實施了5G移動通信系統先期研究重大項目（以下簡稱5G重大項目），其總體目標是面向2020年移動通信應用需求，突破5G移動通信標誌性關鍵技術，成為5G國際標準研究和技術發展的主導力量之一，所掌握的核心知識産權在4G的基礎上進一步大幅提升；在系統研發方面走在世界的前列，為2020年之後我國5G技術應用與商業競爭中取得領先優勢打下堅實基礎。

5G重大項目先後於2014年1月、2015年1月分別部署了一期、二期研究課題，共設立11個課題，經費總投入3億元（含國撥經費1.81億）。5G重大項目一期課題的主要技術目標包括：研究5G網絡系統體系架構、無線組網、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發與利用等關鍵技術，完成性能評估及原型系統設計，開展無線傳輸技術試驗，支持業務總速率達10Gbps，空中接口頻譜效率和功率效率較4G提升10倍。5G重大項目二期則重點圍繞以下5G關鍵性技術展開研究：研製可靈活配置且吞吐率達10-100Gbps的5G基站軟試驗平臺；探索毫米波頻譜資源的開發利用；研究不同體制環境下的無線網絡虛擬化技術；探索5G網絡安全新機制；研究面向5G的新型調製編碼技術，提升鏈路性能。5G是面向2020年移動通信發展的新一代移動通信系統。

目前，該項目已取得如下重要階段性進展：

一、完成了5G系統需求與願景、典型應用場景與KPI、及頻譜需求分析研究，為我國參與5G標準的制定打下了技術基礎

課題組完成了5G願景與需求研究，提出了5G典型場景和關鍵能力指標體系，核心研究成果輸入到ITU；明確了5G的技術演進路線和5G核心關鍵技術，提出了5G無線技術框架及網絡框架；完成面向2020年的5G頻譜需求預測，提出了我國5G潛在候選頻段建議，對6-100GHz重點候選頻段開展信道測量與建模研究；有效組織開展5G研究及國際合作，逐步形成我國在5G研究方面的引領地位。

二、在5G新型無線網絡構架研究方面進行創新，在無線網絡密集組網、高通量協作組網、CU分離超蜂窩構架、無線接入網絡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絡架構——協作2.0網絡架構，完成了基於軟體定義的接入網與核心網的接口設計，實現了高密度聚合異構網絡的靈活配置和統一管理；研究了高密度異構聚合網絡的干擾抑制、高效協作以及能效提升的方法，解決了存在多類業務時的業務網絡按需匹配；研究了支持5G高密度聚合異構網絡組網場景的系統級倣真評估方法，開發了系統級倣真平臺；搭建了支持5G網絡高密度異構融合的室內試驗環境，完成了原型系統設計，並已經開展了部分關鍵技術的測試驗證。

開展了高通量5G無線網絡架構及相關關鍵技術的研究，包括高密集網絡分層模型與頻率復用機制、數據與控制分離架構、分佈干擾協調與異構資源聯合調配、無線自回傳、自組織組網以及統一承載技術；初步完成了5G高通量無線網絡架構的倣真平臺的設計；初步搭建了5G高通量無線網絡架構概念驗證平臺，實現了數據面和控制面分離的基本功能。

開展了面向5G 的無線組網、接入網處理的虛擬化技術研究，形成了完整的5G超蜂窩網絡架構。設計了超蜂窩無線組網體制，研發了YaRAN接入網基礎設施虛擬化平臺。提出了非棧協議虛擬化網絡架構、基於雲計算的無線接入網架構、半靜態基礎設施編排機制與雙層資源映射方法、一種基於網絡功能虛擬化的LTE和WiFi融合網絡架構，降低了異構網絡信令開銷及業務響應時間；開發了5G超蜂窩無線組網倣真平臺以及4種原型驗證系統，並對上述關鍵技術進行驗證。正在形成統一的大型原型驗證測試床，對任務總體性能指標進行驗證，包括5G網絡的域效、譜效、能效和彈性等指標。

提出了5G無線融合網絡虛擬化系統架構模型、控制信令與業務承載分離技術及協議棧功能虛擬劃分方法、多元異質無線通信資源虛擬化模型、多域資源的認知協同技術；完成了5G無線網絡虛擬化試驗系統的設計方案，初步搭建了5G無線網絡虛擬化軟硬體試驗系統和倣真平臺，理論分析和數值倣真結果表明所提信令簡化方案較4G系統可降低信令開銷。

三、突破5G無線傳輸核心關鍵技術，在大規模無線天線陣列和高效協作傳輸方面取得重要進展，為實現項目擬定的總體目標奠定了堅實的基礎

開展了適用於5G需求的大規模協作傳輸關鍵技術研究，針對大規模MIMO和密集分佈式無線傳輸系統，完成了信道建模與信道狀態信息獲取、空分多址傳輸、鏈路自適應傳輸、干擾信道下高性能接收機、多用戶調度、系統同步與控制信息傳輸以及大規模MIMO陣列天線、緊湊多天線、以及低功率可配置射頻技術的設計與開發；初步完成了倣真驗證平臺的構建，開展了關鍵技術的性能與評估；開展了支持64天線大規模MIMO以及128天線密集分佈式無線傳輸原型系統的構建和關鍵技術的研究。

開展了大規模協作傳輸高能效和高譜效基礎理論、信道建模、傳輸技術、高效協作傳輸、節能傳輸技術的研究以及大規模有源陣列天線的設計與開發；完成了基於大規模實測3D-MIMO的鏈路與系統倣真平臺開發，並開展了關鍵技術的性能評估與驗證；開展了支持大規模128天線MIMO陣列、基站處理池、終端實驗平臺的軟硬體開發和試驗驗證任務。

完成了PDMA發射機與低複雜度接收機、低時延的多元LDPC編碼及聯合編碼調製、FBMC多載波系統的迭代信道估計方法和針對超奈奎斯特預編碼的低複雜度檢測算法的研究，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方案。形成面向5G係移動通信的非正交傳輸技術方案；完成了高密度用戶接入典型場景下SCMA傳輸倣真驗證；完成了面向小流量數據包頻繁交互的NB-LDPC編碼倣真驗證；搭建了5G移動通信“協作多點傳輸CoMP”典型場景下的FBMC傳輸實驗驗證平臺並進行了部分測試驗證。

提出了以波束分多址（BDMA）為基礎的大規模MIMO完整傳輸方案；已完成基帶子系統的開發及固定頻段射頻單元的開發，系統可支持64-256天線通道，搭建了5G大規模MIMO外場試驗環境；天線規模、系統帶寬和處理能力具有可擴展性。

四、突破限制我國産業未來發展的毫米波射頻芯片關鍵技術，並在國際上上首次驗證了物理層安全技術在5G移動通信系統應用的可行性

完成了毫米波無線接入架構、物理層關鍵技術、媒體接入控制技術研究；完成了毫米波CMOS 60GHz射頻單通道系統芯片和42-48GHz芯片模塊設計與流片；完成了基於自主研發芯片的60GHz頻段模擬前端硬體的設計與實現，使我國在這一薄弱環節的研究迅速接近國際先進水平。面向我國主導的IEEE 802.11aj無線局域網協議標準的制定，在45GHz毫米波MIMO設計、調製解調、信道編譯碼等方面取得突破性進展，已向IEEE國際標準組織提交一系列提案，完成了IEEE802.11aj技術標準草案的擬定。

提出了未來寬帶無線接入安全體系架構與網絡安全模型，驗證了面向5G物理層安全的無線傳輸技術、密鑰生成技術及輕量級加密和無線安全認證技術的可行性；搭建1套大規模天線實驗驗證系統，具體包括2套模擬基站的32天線通信系統、2套模擬合法用戶和竊聽者的32天線通信系統，完成對物理層安全傳輸技術進行功能驗證和性能自測試。

提出了支持多種業務需求的多級安全架構、基於物理層的“無條件”安全傳輸和跨層安全傳輸方案、一種新的基於物理層接入認證方法和基於MIMO的密鑰分發方案；研製了支持5G無線接入安全傳輸和組網倣真平臺；搭建了支持5G安全傳輸、認證等關鍵技術驗證的試驗環境，包括2個8發8收，1個4發4收和2個2發2收的節點。

五、超前部署5G新技術的測試與評估研究，支撐我國5G技術研發走在世界前列

根據 5G 總體目標、業務需求和技術需求進行測試需求分析，完成了測試需求分析報告、評估測試系統指標分解和定義，初步形成了評估指標集；完成了典型應用場景下的用戶和業務分佈模型建模；完成針對5G網絡的系統及倣真評估方法研究；提出MIMO近場測試方案，搭建了大規模陣列天線軟體倣真評估平臺和大規模陣列天線測試環境；開發了5G候選頻段共存評估倣真測試平臺並完成了評估分析；初步完成外場測試環境建設,包括測試終端和干擾設備的設計和基本模塊的開發；完成多核並行計算倣真平臺，支持大規模天線和超密集組網技術的倣真。