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20世纪70年代末，美国电话电报公司（American Telephone & Telegraph，AT&T）发明了高级移动电话系统（Advanced Mobile Phone System，AMPS），标志着第一代蜂窝电话系统（the first generation mobile communication technology，1G）正式建成。1G主要采用模拟调制和频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA），在几十千赫兹的带宽上提供语音服务。20世纪80年代后期，以全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）为代表的第二代蜂窝电话系统（the second generation mobile communication technology，2G）步入了纯数字时代。通过采用时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）和码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA），2G可以提供200 KHz带宽和最高473 kbps的系统容量，并可以支持语音、电子邮件、手机短信等业务。21世纪初期，第三代蜂窝电话系统（the third generation mobile communication technology，3G）将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合，主要采用CDMA2000、宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）、时分-同步码分多址（Time Division-synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）和全球互通微波存取（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX）技术，可以提供最高14.4 Mbps的高速数据传输和宽带多媒体业务。21世纪初期，第四代移动通信系统（the 4th generation mobile communication technology，4G）以正交频分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技术和多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术为核心，具有高数据传输速率、低时延、高频谱利用率、简单网络结构，以及开放接口、低成本等优点。其中，OFDMA技术通过将高速数据流分散到多个相互正交的子载波上进行通信，提高了系统的无线频谱资源利用率；MIMO技术通过采用不同的预编码方案获得分集或者复用增益，可充分利用用户信道空间自由度来满足用户高速率、系统高容量的要求。因此，4G得到了世界上主流通信运营商和通信设备制造商的广泛关注，并成为目前全球蜂窝移动通信应用最广的网络。具体而言，4G能够为高速移动用户提供100 Mbps的速率，能够为静止用户提供1 Gbps的速率，信号带宽为可变的5～20 MHz，下行链路频谱效率峰值达到15 bit/s/Hz，上行链路频谱效率峰值达到6.5 bit/s/Hz。随着4G进入大规模商用阶段，21世纪20年代，第五代移动通信系统（the 5th generation mobile communication technology，5G）已经成为全球研发热点。与前几代移动通信系统相比，5G将提供更强大的业务能力。面对多样化场景的差异化性能需求，5G很难以某种单一技术为基础形成针对所有移动场景的解决方案 [1-2] 。5G不再单纯地强调峰值速率，而是综合考虑了9个技术指标：连接密度、端到端时延、移动性、峰值速率、流量密度、用户体验速率、频谱效率、能量效率以及成本效率，能在任何时间、任何地点为任何人或者物提供高质量、个性化的移动通信服务 [3] 。至今为止，移动通信系统每十年经历一次升级，通过不断的技术创新，使大容量的移动数据服务成为可能。