2016年的巴展再一次让5G成为全球通信界的热门，5G真的来了，并将在不久的将来改变我们的生活方式，正如我们无法预料3G、4G带来移动互联网的繁荣，从而让人类迈进令人叹为观止的时代一样，我们相信5G必将开启一个新的纪元。

《大话5G》的出版正当时，作为国内早期的5G图书，它介绍了国内外5G的发展现状，涵盖了5G的需求与场景，并重点阐述了当前热门的5G空口候选技术，5G网络候选技术。本书作为5G的启蒙读物，相信会让广大读者从中获益。

小火车，生于20世纪80年代，硕士毕业后在通信行业摸爬打滚近十年，做过产品开发、标准专利、行业分析。从有线做到无线，从通信做到互联网，跑遍祖国的大江南北，游历世界名胜之地。在通信的路上折腾不已，并长期关注通信技术的演进，同时在5G技术研究领域也积极参与，所悟、所感、所闻尽化为全书十多万字，既为了纪念，也为了迎接新的通信十年。

4G已经商用多年，5G正方兴未艾。业界对5G系统的研究，已形成广泛共识：未来5G将支持海量的数据连接，灵活适配多种空口技术，支持20Gbps的超高速率。尽管5G的场景和需求已基本明确，但是候选关键技术仍在不断发展， 5G技术已处于标准化的关键阶段。

本书作为5G的早期图书，首先从5G的需求和场景出发，重点介绍了5G的业务场景和技术指标；其次阐述了全球5G的研发进展，让读者能够对5G的研究形成全貌的认识；再次从无线物理层、接入网架构和核心网架构等方面重点阐述了候选的5G空口关键技术和网络关键技术。

本书立足于通信从业人员，用浅显易懂的方式论述深奥的5G通信原理，适合通信设备制造商、手机制造商、网络运营商、科研人员、高校教师、大学生、研究生等人员阅读与参考。

目  录 

第1章  移动通信系统的发展和挑战/ 1

移动通信技术的发展/ 1

4G面临的挑战/ 3

运营商面临的挑战/ 3

用户需求的挑战/ 4

技术面临的挑战/ 5

4G增强技术的演进/ 7

LTE 演进路线/ 7

4G网络架构演进/ 8

未来移动通信的需求和挑战/ 9

未来移动通信的需求/ 10

未来移动通信的挑战/ 11

第2章  5G的需求和场景/ 15

什么是5G/ 15

5G的需求/ 17

5G的业务需求/ 17

5G的技术需求/ 21

5G面临的挑战/ 23

技术不成熟/ 23

频谱短缺/ 24

技术融合的障碍/ 25

能耗的挑战/ 25

终端设备的挑战/ 25

业务适配的挑战/ 25

5G的场景和应用/ 26

第3章  全球5G研发进展/ 31

全球各国政府及组织/ 33

欧盟/ 33

中国/ 35

日本/ 42

韩国/ 44

美国/ 45

标准组织/ 46

ITU/ 46

3GPP/ 48

NGMN/ 49

设备商/ 52

华为/ 52

三星/ 58

诺基亚/ 64

爱立信/ 66

中兴/ 72

第4章  5G空口关键技术/ 78

新型多址/ 81

NOMA/ 83

MUSA/ 83

SCMA/ 88

PDMA/ 94

新波形/ 95

基于滤波器组的多载波技术（FBMC）/ 96

F-OFDM/ 99

UF-OFDM/ 101

新型调制编码/ 103

调制技术/ 104

Polar码/ 107

Massive MIMO/ 111

MIMO原理/ 112

Massive MIMO概要/ 112

Massive MIMO的优势和挑战/ 114

Massive MIMO应用场景/ 115

Massive MIMO总结/ 117

新频段/ 117

毫米波通信/ 118

可见光通信/ 121

频谱共享/ 128

第5章 5G网络关键技术/ 134

扁平化/ 136

C-RAN/ 137

什么是C-RAN/ 137

C-RAN的原理/ 139

C-RAN的关键技术/ 140

C-RAN的挑战/ 142

C-RAN Based 5G架构/ 143

SDN-RAN/NFV/ 151

什么是SDN/ 153

SDN的核心技术/ 155

软件定义无线接入网络/ 156

软件定义核心网/ 160

什么是NFV/ 162

SDN/NFV如何影响5G架构/ 166

网络能力开放/ 168

SDN和C-RAN的融合/ 169

Ultra-Dense Network/ 170

什么是超密网络/ 171

超密网络关键技术/ 172

CDN/ 175

什么是CDN/ 175

CDN的原理/ 175

CDN在5G的应用/ 176

SDN和CDN的结合/ 178

D2D/ 179

为什么需要D2D/ 179

什么是D2D/ 180

D2D的优势和挑战/ 181

第6章 不能被遗忘的角落/ 183 

5G语音如何设计/ 183

双待机终端解决方案/ 183

语音回落解决方案/ 183

VoLTE解决方案/ 184

信令风暴如何解决/ 184

信令风暴产生的根源/ 184

信令风暴解决方案/ 185

5G的安全怎么办/ 186

5G安全非常严峻/ 186

5G安全解决方案/ 187

5G终端如何发展/ 188

5G终端应用场景/ 188

5G终端技术挑战/ 190

附  录  / 192 

序 一

现在全世界普及率最高的产品就是手机。2015年全球移动通信普及率达96.8%，其中近半数具有移动宽带（3G/4G）能力；中国的移动通信普及率为95.5%，其中超过60%为宽带用户。目前智能终端与宽带无线的结合大大拓展了移动通信的功能，手机已经成为个人生活和工作的数字助理，增强了我们的感知能力。但人们对通信能力的追求是无止境的，更高、更快、更广的目标一直激励科技工作者前行。

2015年国际电信联盟明确了5G标准化的时间表，不少国家提出了2020年5G商用的目标。现在5G跃升为国际通信技术竞争新的制高点，在近30年来国际PCT专利累计数前20名的企业中，移动通信企业占到60%，移动通信技术已成为国际知识产权竞争最集中的领域，可见移动通信产业规模之大、移动通信服务应用之广。据Gartner公司分析，2012年全球消费者ICT支出中近一半用在移动服务和手机上，GSM和德勤公司联合研究得出的结论是：若3G移动数据应用增加100%，人均GDP增速将提升1.4个百分点。可以想象，5G与云计算和大数据及产业互联网相结合，其对社会经济的影响难以估量，3G/4G将望尘莫及。因此，5G受到主要国家的科技界、芯片业、通信设备制造业、运营业、互联网服务业等和政府的高度关注，今年2月在巴塞罗那召开的世界移动通信大会（WMC2016）上5G话题就成为热点。

什么是5G？不要说大多数人不知道，就是在通信界，很多人也说不清楚。因为5G不是单一的技术，而且也不仅是无线接口技术，需要有新型网络体系结构来支持，目前虽然有一些候选技术，但最终能否纳入到标准化还有不确定性。另外，目前虽然对5G可能的应用场景和期望达到的性能已有了共识，但对能否满足这些需求还不能说都心中有数，所设想的应用能否开拓百亿甚至千亿美元的市场还有待实践，但5G的设计需要朝着这一方向去努力。5G的发展充满挑战，这也正是5G的魅力所在，相信有很多人希望了解5G，《大话5G》的出版正当其时。

在5G技术尚未定型和应用还未开始的情况下写《大话5G》，既需要勇气，更需要对5G前瞻性技术有全面的了解。而且，用通俗手笔表述先进的新技术，把复杂的问题说简单，浅出根植深入，大话难在大彻，这对作者的通信网技术积累和科普写作经验都是不小的考验。本书较好地兼顾了技术的严谨性和科普性，作者低调的笔名并不掩盖其实力，没有在通信科技开发工作多年的深耕是写不出这本书的，这也是我国移动通信产业实力提升的反映。现在5G标准化还在路上，各国正在加大5G的研发力度，今后还会提出更多的新技术；我国与先进国家同步开展5G技术研究，将为我们争取到广阔的创新空间。期待本书将引发通信业更多人对5G技术的关注，并为之做出贡献。

中国工程院院士   邬贺铨 

2016年3月5日

序  二

坦白讲，当接到为《大话5G》作序邀请的时候，我还真有点“恍如隔世”的感觉——光阴似箭，5G时代一晃已至。

作为不折不扣的七五后，我们这一代人可以说见证了整个中国四代移动通信发展史。

非常清楚地记得：1G时代，我用上了摩托罗拉翻盖模拟机；2G时代，我用过摩托罗拉、爱立信、诺基亚；3G时代，我用过多普达、摩托罗拉、联想、黑莓，最终锁定iPhone；4G时代嘛，不好意思，除了iPhone就是iPhone。

好吧，这一切即将成为历史，一个新的时代即将来袭。5G，必将重新定义移动通信。

何出此言？

很朴素的逻辑，那就是“量变引起质变”，这其实也是唯物辩证法的基本规律。

从1G到2G，从模拟到数字引发频宽的提升，通话质量上了一个台阶，移动电话迅速普及。

从2G到3G，还是由于频宽的大幅提升，移动电话得以从功能型向智能型转变，“移动电话”的叫法慢慢消失，“智能手机”开始大行其道。

从3G到4G，频宽发生了飞跃式的提升，智能手机日渐普及。同时，依附于智能手机的各种可穿戴设备渐渐流行，由此，万物互联也开始成为一个时髦的概念。那么，真正意义上的万物互联又靠什么？

答案毋庸置疑：5G。

如果说前四代移动通信的发展都是为了解决“人与人之间的连接”，那么，5G就是为了解决“人与人、人与物、物与物之间的连接”。有趣的是，“人与人、人与物、物与物之间的连接”不正是万物互联的核心要义吗！

没错，5G的划时代意义也由此而生。堂而皇之的“大话”到此为止。收笔之前，我想和各位读者再简要分享围绕5G展开的一些应用，这些激动人心的“黑科技”也许会让你们对5G更期待。

首先是视频会议，真正意义上的视频会议。

即便在4G时代，视频会议依然没有真正流行起来，究其原因还是因为网络延迟。5G时代，视频将成为人类主流沟通方式，超清晰、无延迟的视频将给我们带来真正的“天涯若比邻”的感觉。

其次是游戏，虚拟现实游戏。

各位想象过足不出户就能和远方的亲朋好友一起畅玩虚拟现实游戏吗？5G时代，大家只要戴着虚拟现实头盔或者眼镜就可以天南海北毫无延迟地大玩特玩虚拟现实游戏了，这一点都不虚拟。

然后是驾驶汽车的体验，无人驾驶汽车。

5G时代，网络延迟近似于零，无人驾驶汽车大行其道。想想吧，马路上再也没有交通信号灯甚至交通警察，汽车与汽车之间彼此连接、彼此感知，每一辆汽车都会实现自动安全行驶，人类再一次得到解放。

当然，不能不提的还有医疗，远程医疗。

借助5G，医生可以利用机器人给远在千里之外的患者做手术；借助5G，偏远地区人民也能享受到大城市人民才能享有的优质医疗资源。

万事俱备，只等《大话5G》。

知名互联网学者  李易 

2016年3月6日

序  三

改变动物世界的根本能力是信息获取的能力。

人类通过六次信息革命建立了今天的文明，语言的发明让信息能够在猿之间分享，创造了人类。文字让信息可以记录，缔造了人类文明。纸和印刷术让信息远距离的传播，成为古代文明的高峰。无线电让信息远距离实时传输，成为近代文明的重要里程碑。电视让信息可以远距离实时多媒体的传播，这是当代文明最有力的印记。互联网让信息远距离实时多媒体双向交互的传输，地球因此变小，世界更加扁平，人类的政治、经济、文化都发生了巨大变化。

今天人类站在新的一次信息革命——第七次信息革命的门槛上，这次信息革命超越了前六次信息革命的传输，它是用移动互联、智能感应、大数据、智能学习综合而成的一个新的服务体系。会根本的改变人类社会，甚至会为“智能人”这样一种新的人种出现奠定基础。而5G正是这次信息革命的一个基础技术。

从第二代移动通信开始，我们要解决移动通信的核心问题，就是让速度越来越快，从每秒几十Kbps到数百Mbps。速度快是让信息大量、高品质传输的根本保证。然而未来的信息革命要求解决的绝不仅是速度问题，智能互联网对信息提出了更多新的要求，移动互联、智能感应、大数据和智能学习正在构建形成一个新的体系，这个过程中，对于网络就提出了完全不同于过去的新要求。5G就是应智能互联网而生的。

5G不再是仅仅让速度更快，而是高速度、泛在网、低功耗、低时延、万物互联、重构安全。

这意味着在5G的网络下，我们的网络结构、终端、体验都会发生巨大的革命性变化，也意味着5G会带来巨大的产业机会。5G的出现，也会导致整个通信业的巨大变革，仅一个用户定义和计费体系就会出现较大的改变，传统的用户就是SIM卡即用户，而未来可能会有千亿级的设备联网，什么是用户，如何进行计费，就会出现较大改变。在网络、终端出现巨大变革之后，相信5G的业务也会发生惊天之变。在传统的互联网时代，我们想导航都是很难的，今天叫车软件早已经让人不再陌生。未来智能交通、智慧医疗、智能健康管理、智能家居、移动电子商务、智慧工业、智慧农业、智能物流都会在5G的基础上形成巨大发展机会。

5G不是远离普通大众的高深技术，而是很快会渗透到我们社会生活的方方面面，同时会影响我们的经济、文化和政治。中国拥有华为这样全世界第一的通信设备制造商，也拥有中国移动这样全世界最大的通信运营商，在5G的时代，中国无论是在核心技术、通信标准的话语权、运营部署都会走在世界前列。因此，研究、了解5G技术，以及5G带来的通信网络、管理和业务的变化与走向，具有重要价值。

第七次信息革命正在悄悄地改变这个世界，5G是这次信息革命的一个基础。

2016年是5G标准化的关键年，大话5G的出版恰逢佳时。该书从5G的需求、场景、研究现状出发，引出5G的核心技术，重点阐述了5G无线空口，5G无线网络架构，给广大读者呈现出5G技术的概貌，5G技术仍在不断发展，相信该书会给大家带来收获。

柒贰零（北京）健康科技有限公司董事长

飞象网CEO

中国通信业知名观察家

智能互联网研究专家

项立刚 

2016年3月3日

前  言

移动通信技术已经从第一代（1G）演进到第四代（4G），纵观整个移动通信系统的发展历程，每一次变革都有标志性的技术革新。1G于20世纪80年代初提出，是以模拟通信为代表的模拟蜂窝语音通信；2G是以时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）为主的数字蜂窝语音技术；3G是以码分多址（CDMA）为核心的窄带数据多媒体移动通信；而4G则是以正交频分复用（OFDM）和多入多出（MIMO）为核心的宽带数据移动互联网通信。

随着移动网络的飞速发展，手机成为今天人们生活最不可或缺的工具。随着4G以前所未有的速度替代3G，移动互联网获得了真正的腾飞，智能手机也随之成为人类密不可分的伴侣。

生活中，无论是汽车上、地铁上、十字路口，低头族成为一种普遍的现象，人们从移动互联网中便捷地获取丰富的资讯，而这都归功于移动通信技术的发展，使得这一切成为可能。

迄今为止，4G已经满足了人们的绝大部分通信和娱乐需求，4G之后移动通信技术如何发展，这已经成为通信界的头等大事。

从历史的经验来看，人们对更高性能移动通信的追求从未停止，可以预见，4G之后必然会有下一代移动通信技术，未来随着物联网、车联网的兴起，移动通信技术又将成为万物互联的基础，由此带来爆炸性的数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景。可以确定，未来移动通信产业即将迎来新的一轮变革——诞生万众瞩目的第五代移动通信系统（5G）。

对于第五代移动通信的技术形态和业务场景，工业界和学术界都在不断进行探索。目前，可喜的是业界在5G上已经达成广泛共识：不同于前四代移动通信技术， 5G移动通信系统不是简单地以某个单点技术或者某些业务能力来定义，5G将是一系列无线技术的深度融合，它不仅关注更高速率、更大带宽、更强能力的无线空口技术，而且更关注新型的无线网络架构；5G将是融合多业务、多技术，聚焦于业务应用和用户体验的新一代移动通信网络。

目前，5G已经成为世界通信强国的国家战略，各国政府和全球知名标准组织都已经制订出5G的商用计划：第一阶段，2015年年底完成5G宏观描述；第二阶段，2016年到2017年年底，完成5G技术准备；第三阶段，从2017年年底开始，各国政府和国际组织将向ITU提交候选技术，2020年年底ITU将发布正式的5G标准，并进入商用。

4G还未远去，5G已经“热气袭人”。有人说4G将死，5G未生；有人说4G之后，再无他G；也有人说，5G是移动通信的涅槃重生……5G之路，是寂寞？是离愁？还是别有一番滋味在心头？

阿桑说：“孤单，是一群人的狂欢；狂欢，是一群人的孤单。”不管未来是坦途，还是荆棘，我们能做的，只有——勇往直前！

                                                      作者 2016年2月