淺談5G移動通信及其關(guān)鍵技術(shù)

張曉強

摘 要 隨著4G進入規(guī)模商用階段，面向2020年及未來的第五代移動通信（5G）已成為全球研發(fā)熱點。在全球業(yè)界的共同努力下，5G愿景與關(guān)鍵能力需求已基本明確，預(yù)計2016年將啟動國際標準制定工作，2017年底啟動5G候選方案征集，2020年底完成標準制定。本文將介紹5G移動通信的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞 5G移動通信 關(guān)鍵技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A

0引言

在過去的40年的時間里，移動通信經(jīng)歷了飛躍式發(fā)展，給人們的生活以及政治、經(jīng)濟等方面帶來了深刻影響，人們一直在追求更高的移動通信網(wǎng)絡(luò)。2012年歐盟啟動了規(guī)模更大的科研項目5G-PPP，旨在加速歐盟5G研究和創(chuàng)新，確立歐盟5G領(lǐng)域的主導地位；在亞洲，韓國于2013年開啟了“GIGA Korea”5G項目，中國IMT-2020推進組也于同年成立，團結(jié)亞洲地區(qū)的5G研究力量，共同推進5G技術(shù)標準的發(fā)展?？梢姡?G已成為國內(nèi)外移動通信領(lǐng)域的研究熱點。

1 5G概述

5G作為新一代無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于滿足2020年以后的移動通信需求，在高速發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)和不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)物需求共同推動下，要求5G具備成本低、低能耗、安全可靠的特點，同時傳輸速率提升10到100倍，峰值傳輸速率達到ms級，連接設(shè)備密度增加10到100 倍流量密度提升1000倍，頻譜效益提升5到10倍，能夠在500km/h的速度在保證用戶體驗。5G將使信息通信突破時空限制，給用戶帶來極佳的交互體驗、極大地縮短了人與物的距離，并快速的實現(xiàn)人與萬物的互通互聯(lián)。

3G和4G主要聚焦于“移動寬帶”這一應(yīng)用場景，致力于給用戶提供更高的系統(tǒng)容量以及更快的無線接入速率，預(yù)計到2020年，各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將得到廣泛普及，智能電網(wǎng)、智慧城市、移動醫(yī)療、車載娛樂、運動健身，未來5G網(wǎng)絡(luò)支持虛擬現(xiàn)實，超清視屏以及移動游戲等應(yīng)用服務(wù)，這類移動交互應(yīng)用服務(wù)對無線接入帶寬和通信延遲有很高的的需求，在公共安全方面，如“緊急通話‘無人機遠程監(jiān)測、急救人員跟蹤等場景，5G通信系統(tǒng)需要具有“零延遲”、高可靠性的特點。

2 5G關(guān)鍵技術(shù)

2.1高頻段傳輸

以往四代移動通信的傳統(tǒng)頻段主要集中雜在3GHz以下，這就造成這段頻譜十分擁擠，而高頻段尚未得到開發(fā)，高頻段（如毫米波頻段）的可利用頻譜資源十分豐富，如果高頻段的頻譜得到開發(fā)那么就會有效地緩解低頻頻段譜擁擠的問題，可以更快的短距離通信，可以支持5G通信技術(shù)在容量和傳輸速率上的巨大需求。

高頻段的開發(fā)是未來的趨勢，大大量的可用寬帶、小型的天線增益是發(fā)展高頻段移動的優(yōu)點。但是高頻段也有缺點，例如傳輸?shù)木嚯x短、繞射和穿透能力差、天氣影響較大，這些問題都有待進一步的解決。

2.2新型多天線傳輸技術(shù)

多天線技術(shù)經(jīng)歷從無源到有源，從2D到3D，從MIMO到大規(guī)模的陣列發(fā)展，可以使頻譜效率大大提高。有源天線陣列的引入使協(xié)作基站的天線數(shù)達到128根。此外，2維德天線陣列發(fā)展成3維陣列，支持多用戶智能膩型，減少用戶之間的干擾，結(jié)合高頻段通信技術(shù)進一步改善無線信號對用戶覆蓋性能。

2.3同時同頻全雙工技術(shù)

由于技術(shù)條件的限制，在現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)中還不可以實現(xiàn)同時同頻的全雙工通信，雙向鏈路包括TDD和FDD兩種，二者并不兼容，因此在理論上浪費了一半的資源。最近幾年同時同頻全雙工技術(shù)得到重視，利用這項技術(shù)可以實現(xiàn)在同一頻譜上收發(fā)雙方同時接收和發(fā)射的信號，可以提供頻譜的利用率。全雙工技術(shù)還存在許多問題，比如自干擾嚴重等問題，這些問題仍然需要進一步的解決，從而使全雙工技術(shù)得到更好的應(yīng)用。

2.4 D2D技術(shù)

D2D技術(shù)是允許終端和終端之間通過復(fù)用小區(qū)資源來進行直接通的新型技術(shù)，D2D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、較低的時延和低功耗、增加蜂窩通信的頻譜效率、降低發(fā)射功率、高質(zhì)量的通信還能改善頻譜資源短缺的問題。

2.5新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)，C-RAN是基于實現(xiàn)云計算、集中化處理和協(xié)作式無線電的無線接入架構(gòu)。C-RAN架構(gòu)能搞削減干擾、降低功耗、提高頻譜利用率同時集中處理有利于維護從而減少運營成本。

2.6密集和超密集組網(wǎng)技術(shù)

和朝著寬帶化、綜合化、智能化、多元化的方向發(fā)展，數(shù)據(jù)流量便會與日俱增。未來的數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)主要集中在室內(nèi)，這就要求有密集和超密集的組網(wǎng)技術(shù)才能與之匹配，密集和超密集網(wǎng)技術(shù)能夠大幅度的提升系統(tǒng)容量，改善覆蓋問題，提高頻譜的復(fù)用率。

3 5G 的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1國外的發(fā)展狀況

韓國三星：韓國三星公司宣布稱其在5G通信技術(shù)上取得了突破性進展，可在一秒鐘下載一部電影。

歐盟：歐盟成立METIS并投入資金2700歐元進行5G通信技術(shù)的研究。

英國：英國薩里大學的5G研究中心打破韓國三星7.5GB每秒的無線傳輸速率記錄，一秒鐘可下30部高清影片。

3.2我國5G通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

在過去的十幾年里我國都積極的推進3G和4G通信技術(shù)的研究，當然在5G上也是同樣，在13年政府的大力支持下，我國成立了5G研究小組，爭取在2020年可以推廣，擴大我國在通信技術(shù)領(lǐng)域的國際影響力。

4結(jié)語

2G演進到3G，開啟了語音業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)變革性發(fā)展的肇端。從3G演進到4G，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率上的10倍增長、更低的時延和每比特成本，帶來真正的移動互聯(lián)網(wǎng)體驗。5G又將帶來更優(yōu)的端到端性能、更好的非傳統(tǒng)應(yīng)用支持、更長的電池壽命已經(jīng)成為當前業(yè)界共同致力提升移動網(wǎng)絡(luò)能力的明確目標，這也成為了5G的三大關(guān)鍵特性。

參考文獻

[1] 姚引娣.第四代移動通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].西安郵電學院學報，2007：25 -29.

[2] 趙麗麗，蘇麗娜，王莉，孫孟冬.淺談移動通信的發(fā)展[J].山東省青州市第二炮兵士官學校，2000：15-20.