第4代無線通信系統(tǒng)已經(jīng)部署或即將被部署在許多國家。然而，隨著無線移動設備和服務爆炸式的發(fā)展，它們?nèi)匀幻媾R著甚至 4G不能調(diào)解的一些挑戰(zhàn)，例如，頻譜危機和高能耗。無線系統(tǒng)設計人員面臨著不斷增長的高數(shù)據(jù)率和移動性要求的需求的新的無線應用。因此，已經(jīng)開始研究第五代無線系統(tǒng)，預計將在2020年部署。在本文中，我們提出一個潛在的蜂窩體系結(jié)構(gòu)，分室內(nèi)場景和室外場景，并討論5G無線通信系統(tǒng)各種有前途的技術，比如，大規(guī)模MIMO，節(jié)能高效通信，認知無線電網(wǎng)絡和可見光通信。還討論了未來面對這些潛在的技術的挑戰(zhàn)。

　　創(chuàng)新和有效的利用信息和通信技術（ICT）已在提高世界經(jīng)濟中變得越來越重要。無線通信網(wǎng)絡在全球ICT戰(zhàn)略中可能是最關鍵的因素，是許多其他工業(yè)的支柱。它是世界上發(fā)展最快、最具活力的行業(yè)之一。歐洲移動天文臺報道稱：移動通信業(yè)在2010年有總計1740億歐元收入。一舉超過了航空工業(yè)和制藥業(yè)。無線技術的發(fā)展大大提高了人們的溝通能力、在商業(yè)活動和社交活動中的生活。無線移動通信顯著的成就反映技術更新快速步調(diào)。從第2代移動通信系統(tǒng)（2G）在1991年的初次露面到3G系統(tǒng)在2001年首次著手進行，無線移動系統(tǒng)從一個單純的電話系統(tǒng)已經(jīng)變換成一個能傳輸豐富多媒體內(nèi)容的網(wǎng)絡。4G無線系統(tǒng)設計滿足高級國際移動通信（IMT-A）的需求，利用IP協(xié)議提供所有服務。在4G系統(tǒng)，采用一種高級無線電接口，是利用正交頻分復用（OFDM），多輸入多輸出（MIMO）和鏈路適配（或自適應）技術。 4G無線網(wǎng)絡可以支持在低速移動中1 Gb/s速率，例如漫游/本地無線接入；在高速移動中最高100Mb/s，例如移動接入。長期演進（LTE）和它的延伸，先進的長期演進系統(tǒng)，作用可實現(xiàn)的4G系統(tǒng)，最近已部署或很快將在全球部署。然而，訂制移動寬帶系統(tǒng)的用戶數(shù)量每年都在以引人關注的增加。越來越多的人渴望更快的移動互聯(lián)網(wǎng)接入服務，時尚的手機，總的來說，與他人或獲取信息的即時通信。當今更強大的智能手機和便攜式電腦越來越受歡迎，它追求先進的多媒體功能。這導致了無線移動設備和服務的爆發(fā)。EMO指出，從2006年以來移動寬帶每年以92%的速度增長。它已被無線世界研究論壇的預測（WWRF）到2017年時有7萬億無線設備服務于7億人口；換句話說，連接網(wǎng)絡的無線設備將達到世界人口的1000 倍。隨著越來越多的設備無線上網(wǎng)，很多研究需要面臨解決的挑戰(zhàn)。最關鍵性的挑戰(zhàn)之一是物理上為蜂窩通信分配的射頻（RF）頻譜十分稀缺。蜂窩頻率使用超高頻段的手機，通常范圍從幾百 MHz到幾GHz。這些頻譜大量被使用，使運營商獲得更多的頻譜很困難。另一個挑戰(zhàn)是，先進的無線技術的部署是以高能耗為代價 。在無線通信系統(tǒng)中的能量消耗的增加會間接的導致二氧化碳排放增加，目前被認為是對環(huán)境的一大威脅。此外，它已被報道，蜂窩運營商基站（BSS）的能耗占他們的電費賬單70%。事實上，節(jié)能高效的通信不在4G無線系統(tǒng)的初始條件之一，但它是后一階段的問題。其他挑戰(zhàn)，例如，平均頻譜效率，高速率和高移動性，無縫覆蓋，不同的服務質(zhì)量（QoS）要求，和分散的用戶體驗（不同的無線設備/接口和異構(gòu)網(wǎng)絡不兼容性），僅舉幾例。所有上述問題給蜂窩服務供應商施加更多壓力，他們正面臨著不斷增加更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，更大的網(wǎng)絡容量，更高的頻譜效率，更高的能源效率，高流動性的新的無線應用所需的需求。另一方面，4G網(wǎng)絡在現(xiàn)有技術的數(shù)據(jù)率上已經(jīng)達到理論極限，因此不足以容納上述挑戰(zhàn)。在這個意義上，我們需要突破性的無線技術來解決由數(shù)萬億無線設備造成上述問題，研究人員已經(jīng)開始研究超4G（B4G）或 5G無線技術。中英科學的橋梁項目：（B）4G無線移動通信（http://www.ukchinab4g.ac.uk /）或許是世界上第一個開始研究 B4G的項目，其中一些潛在的B4G技術被鑒定。歐洲和中國也開始了一些5G項目，如由歐盟支持的METIS 2020項目，和在中國由科技部支持的國家863重點項目在5G。諾基亞西門子網(wǎng)絡描述了潛在的無線接入技術可以進一步發(fā)展，以支持在接下來的 10年與2010年通信水平相比高達1000倍的通信流量［ 6 ］。三星證明使用毫米（mm）波技術無線系統(tǒng)在2公里的情況下傳輸速率超過1 GB / s ［ 7 ］。 5G網(wǎng)絡將是什么，預期2020年左右使其標準化商用，是什么樣子的？然而，人們普遍認為，相比于4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡系統(tǒng)容量應達到1000倍，10倍的頻譜效率，能源效率和數(shù)據(jù)速率（即，在低速移動下峰值速率為10 GB / s和在高速移動下峰值速率為1 GB / s），和25倍的平均小區(qū)吞吐量。目的是連接整個世界，實現(xiàn)無縫和無處不在的通信，任何人之間（人與人），任何事物之間（人與機器，機器與機器），無論他們在哪里（任何地方），無論他們什么時候需要（任何時候），無論他們想用什么電子設備/服務/網(wǎng)絡（無論如何）。這意味著，5G網(wǎng)絡應該能夠支持一些特殊場景的通信，4G網(wǎng)絡不支持（例如，高速列車的用戶）。高速列車可以達到350到 500公里/小時，而4G網(wǎng)絡只能支持的通信場景為250公里/小時。在這篇文章中，我們提出了一個潛在的5G的蜂窩體系結(jié)構(gòu)和討論一些有前途的技術，可以部署提供5G的要求。本文的其余部分安排如下：我們提出了一個潛在的5G蜂窩體系結(jié)構(gòu)。我們描述了一些有前途的關鍵技術，可以在5G系統(tǒng)采用。未來的挑戰(zhàn)也重點強調(diào)了。最后，得出結(jié)論。