从美国贝尔实验室提出蜂窝小区的概念起，移动通信系统的发展可以划分为各个“时代”。到20世纪80年代，移动通信系统实现了大规模的商用，可以被认为是真正意义上的1G移动通信系统， 1G 由多个独立开发的系统组成，典型代表有美国的 AMPS （Advanced Mobile Phone System，高级移动电话系统）和后来应用于欧洲部分地区的TACS（Total Access Communications System，全址接入通信系统），以及NMT（Nordic移动电话）等，其共同特征是采用FDMA（Frequency Division Multiple Access，频分多址）技术，模拟调制话音信号。第一代系统在商业上取得了巨大的成功，但是模拟信号传输技术的弊端也日渐明显，包括频谱利用率低、业务种类有限、无高速数据业务、保密性差以及设备成本高等。为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生。

2G（The Second Generation，第二代）移动通信系统基于TDMA （Time Division Multiple Access，时分多址）技术，以传输话音和低速数据业务为目的，因此又称为窄带数字通信系统，其典型代表是美国的DAMPS（Digital AMPS，数字化高级移动电话系统）,IS-95和欧洲的GSM（Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统）。相对于模拟移动通信，数字移动通信网络，提高了频谱利用率，支持针对多种业务的服务。从20世纪80年代中期开始，欧洲首先推出了 GSM 体系，随后，美国和日本也制订了各自的数字移动通信体制。其中，GSM 是一个可互操作的标准，使得全球范围的漫游首次成为可能，从而被广为接受；进一步地，由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，从1996年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现了2.5代的移动通信系统，如GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务）技术、EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，增强型数据速率GSM 演进）技术和 IS-95B。这一阶段的移动通信主要提供的服务仍然是针对话音以及低速率数据业务为主，但由于网络的发展，数据和多媒体通信的发展势头很快，所以逐步出现了以移动宽带多媒体通信为目标的3G（The Third Generation，第三代）移动通信。

在20世纪90年代2G系统蓬勃发展的同时，世界范围内已经开始了对3G移动通信系统的研究热潮。3G最早由ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）于1985年提出，当时称为FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication System，未来公众陆地移动通信系统）,1996年更名为 IMT-2000 （International Mobile Telecommunication-2000），意即该系统工作在2 000 MHz频段，最高业务速率可达2 000 kbit/s，预期在2000年左右得到商用。3G 的主要通信制式包括欧洲、日本等地区主导的WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）、美国的CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA，影响范围最广的当属WCDMA。最初对WCDMA的研究工作是在多个国家地区并行开展，直到1998年底3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）成立，WCDMA才结束了各个地区标准独自发展的情况。WCDMA面向后续系统演进出现了HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）/HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分组接入）系统架构，其峰值速率可以达到下行14.4 Mbit/s，而后又进一步发展的HSPA+，可以达到下行42 Mbit/s/上行22 Mbit/s的峰值速率，仍广泛应用于现有移动通信网络中。

作为目前移动通信发展影响力最受关注的3GPP，在进行WCDMA 系统演进研究工作和标准化的同时，继续承担了 LTE （Long Term Evaluation，长期演进）/LTE-A（Long Term Evaluation-Advanced，长期演进技术升级版）等系统的标准制定工作，对移动通信标准的发展起到至关重要的作用。3GPP 的成员单位包括ARIB（Association of Radio Industries and Businesses，日本无线工业及商贸联合会）、CCSA（China Communications Standards Association，中国通信标准化协会）、ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准化协会）、美国ATIS（The Alliance for Telecommunications Industry Solutions，无线通信解决方案联盟）、韩国的TTA（Telecommunications Technology Association，电信技术协会）和日本的 TTC（Telecommunications Technology Committee，电信技术委员会）等。另外，除了3GPP, 3GPP2和IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会）也是目前国际上重要的标准制定组织。

在移动通信系统的发展过程中，国际电信联盟的无线通信委员会（International Telecommunications Union-Radio Communications Sector ITU-R）作为监管机构起到了至关重要的作用，ITU-R WP5D （Working Party 5D）定义了国际上包括3G 和4G（The Fourth Generation，第四代）移动通信系统的IMT系统，其中2010年10月确定的4G 系统也称为 IMT-Advanced，包括了 LTE-Advanced （3GPP Release10）以及IEEE 802.16m等。ITU-R WP5D定义4G与定义3G的过程相似，首先提出面向IMT-Advanced研究的备选技术、市场预期、标准准则、频谱需求和潜在频段，而后基于统一的评估方法，根据需求指标来评估备选技术方案。为满足ITU的需求指标， 3GPP提交的4G候选技术是LTE-Advanced（Release 10），而非LTE （Release 8），所以严格意义上说LTE并非4G。从技术框架来看， LTE-Advancd 是 LTE 的演进系统，一脉相承地基于 OFDMA （Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址）的方式，满足如下技术指标：100 MHz带宽；峰值速率为下行1 Gbit/s，上行500 Mbit/s；峰值频谱效率为下行30 bit/s/Hz，上行15 bit/s/Hz。在LTE的OFDM/MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）等关键技术基础上，LTE-Advanced 进一步包括频谱聚合、中继、CoMP（Coordinated Multiple Points Transmission/Reception，多点协同传输）等。

近年来，在经历了移动通信系统从1G 到4G 的更替，移动基站设备和终端计算能力极大提升，集成电路技术得到快速发展，通信技术和计算机技术深度融合，各种无线接入技术逐渐成熟并规模应用。可以预见，对于未来5G系统，不能再用某项单一的业务能力或者某个典型技术特征来定义，5G 网络应是面向业务应用和用户体验的智能网络，通过技术的演进和创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。

在世界范围内，已经涌现了多个组织对5G开展积极的研究工作，如图1-1所示。例如欧盟的METIS [1] 、5GPPP [2] 、中国的IMT2020 （5G）推进组 [3] 、韩国的5G Forum [4] 、NGMN [5] （Next Generation Mobile Networks，下一代移动通信网络）、日本的ARIB Ad hoc以及北美的一些高校等。

欧盟早在2012年11月就正式宣布成立面向5G移动通信技术研究的METIS（Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty（2020）Information Society）项目。该项目由29个成员组成，其中包括爱立信（组织协调）、法国电信等主要设备商和运营商、欧洲众多的学术机构以及德国宝马公司。项目计划时间为2012年11月1日至2015年4月30日，共计30个月，目标为在无线网络的需求、特性和指标上达成共识，为建立5G系统奠定基础，取得在概念、雏形、关键技术组成上的统一意见。METIS认为未来的无线通信系统应实现以下技术目标：在可接受范围内的总体成本和能耗前提下达到稳定的容量增长，提高效率；能够适应更大范围的需求，包括业务量大和小；另外，系统应具备多功能性，来支持各种各样的需求（例如可用性、移动性和服务质量）和应用场景。为达到以上目标，5G系统应较现有网络实现1 000倍的无线数据流量、10～100倍的连接终端数、10～100倍的终端数据速率、端到端时延降低到现有网络的1/5以及实现10倍以上的电池寿命。METIS设想这样一个未来——所有人都可以随时随地获得信息、共享数据、连接到任何物体。这样“信息无界限”的“全联接世界”将会大大推动社会经济的发展和增长。METIS 已发布多项研究报告，近期发布“Final report on architecture”，对5G整体框架的设定有一定参考意义。

另外，欧盟于2013年12月底宣布成立5GPPP（5G Infrastructure Public-Private Partnership），作为欧盟与未来5G技术产业共生体系发展的重点组织，5GPPP由多家电信业者、系统设备厂商以及相关研究单位共同参与，其中包括爱立信、阿尔卡特朗讯、法国电信、英特尔、诺基亚、意大利电信、华为等。可以认为5GPPP 是欧盟在METIS等项目之后面向2020年5G技术研究和标准化工作而成立的延续性组织，5GPPP将借此确保欧盟在未来全球信息产业竞争中的领导者地位。5GPPP的工作分为3个阶段：阶段一（2014～2015年）的基础研究工作、阶段二的（2016～2017年）系统优化以及阶段三的（2017～2018年）大规模测试。在2014年初，5GPPP也已由多家参与者共同提出一份5G技术规格发展草案，其中主要定义了未来5G技术重点，包括在未来10年中，电信与信息通信业者将可通过可编程持续往共同基础架构发展，网络设备资源将转化为具有运算能力的基础建设。与3G相比，5G将会提供更高的传输速度与网络使用效能，并可通过虚拟化和软件定义网络等技术，让运营商得以更快速、更灵活的应用网络资源提供服务等。

与此同时，由运营商主导的NGMN组织也已经开始对5G网络开展研究，并发布5G白皮书：“Executive Version of the 5G White Paper”。NGMN由包括中国移动、DOCOMO（都科摩）、沃达丰、Orange、Sprint、KPN等运营商发起，其发布的5G白皮书从运营商角度对5G网络的用户感受、系统性能、设备需求、先进业务及商业模式等进行阐述。

中国在2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立 IMT-2020（5G）推进组，其组织框架基于原中国 IMT-Advanced 推进组，成员包括我国主要的运营商、制造商、高校和研究机构，目标是成为聚合我国产学研用力量，推动我国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。IMT-2020（5G）推进组的组织架构如图1-2所示，定期发布关于5G 的研究进展报告，已发布《IMT-2020（5G）推进组-5G愿景与需求白皮书》 [6] ，提出“信息随心至，万物触手及”的5G愿景、关键能力指标以及5G典型场景。2015年2月发布《5G概念白皮书》 [7] ，认为从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发，可归纳出连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠4个5G主要技术场景。另外，2015年5月发布《5G网络技术架构白皮书》 [8] 和《5G无线技术架构白皮书》 [9] ，认为5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面，无线技术领域中大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点；在网络技术领域，基于软件定义网络（Software Defined Network,SDN）和网络功能虚拟化（Network Function Vitualization,NFV）的新型网络架构已取得广泛共识。

另外，国内的FuTURE论坛 [10] 也在积极开展5G系统的相关技术研究，韩国、日本也已有相应的研究组织开展工作，纵观目前全球5G 研究进展可以看出，全球5G 组织研究的热点技术趋同。面向无线通信标准化，ITU-R WP5D已给出了关于IMT-2020的研究计划（如图1-3所示），按此时间点，全球各研究组织和机构将会提交代表各自观点的技术文稿。另外，标准化组织3GPP 也已经在Release14开始对5G系统的研究定义工作。