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試論5G通信的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

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廣東省電信工程有限公司，廣東 廣州 510000

隨著當(dāng)前社會的不斷發(fā)展，4G 技術(shù)已經(jīng)得到了推廣和使用，這一技術(shù)的誕生，為用戶提供了更加快捷、方便的體驗，與此同時，5G 通信時代也隨之而來，目前，相關(guān)方面已經(jīng)開始關(guān)注5G技術(shù)的研究和開發(fā)。通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在一定程度上能夠反映出一個社會的發(fā)展程度，因為這一產(chǎn)業(yè)能夠有效的促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，從通信行業(yè)的發(fā)展歷史來看，2G、3G、4G 都得到了快速的突破和發(fā)展，在社會上引起來極大的反響。因此，相信5G 通信技術(shù)在未來也必定會有一個有效的契機(jī)，實現(xiàn)發(fā)展和推廣。

5G通信；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展趨勢

1 5G通信技術(shù)概述

第五代移動通信技術(shù)（5G）是4G移動通信技術(shù)的延伸。自上世紀(jì)80年代第一代通信技術(shù)（1G）被提出，通信技術(shù)的更新?lián)Q代就再也沒有停止過，第一代通信技術(shù)主要通過模擬信號傳輸數(shù)據(jù)。第二代移動通信技術(shù)（2G）將智能技術(shù)應(yīng)用其中，使得通信水平有了質(zhì)的飛躍。第三代移動通信技術(shù)（3G）的采用最前沿的智能信號處理技術(shù)，為用戶提供高速上網(wǎng)服務(wù)。第四代移動通信技術(shù)（4G）彌補(bǔ)了3G資源浪費的缺陷，并且可以提供高質(zhì)、高速的圖像和視頻傳輸服務(wù)。5G移動通信技術(shù)不僅在速度上有了大幅度的提升，而且在技術(shù)上也有了重大改變，它既不是單一的技術(shù)演進(jìn)，也不是幾個全新技術(shù)的組合，而是將多種技術(shù)進(jìn)行融合，以滿足不同的需求，是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)[1]。

5G移動通信技術(shù)本著“用戶為中心”的理念，旨在提升用戶體驗。這使得它具有以下特點：1）速度快；2）能耗低；3）時延短；4）頻譜效率高；5）可靠性高；6）數(shù)據(jù)吞吐量大；7）聯(lián)網(wǎng)設(shè)備范圍廣。

2 5G 移動通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

5G移動通信技術(shù)包括很多重要技術(shù)，但其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個方面：無線傳輸技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[2]。

2.1 無線傳輸技術(shù)

在5G移動通信技術(shù)的發(fā)展過程中，頻譜效率逐漸被重視起來，進(jìn)而引入了大規(guī)模MIMO技術(shù)（即多入多出技術(shù)）[3]。MIMO技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端和接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量，這種多天線技術(shù)可以明顯提高系統(tǒng)頻譜和傳輸?shù)目煽啃?。同時，通過增加天線的數(shù)量，還可以大幅度的提升系統(tǒng)容量。傳統(tǒng)的LET 系統(tǒng)中，天線數(shù)量不能超過4 根，在LET-A系統(tǒng)中，天線數(shù)量不能超過8根，而有源多天線技術(shù)，可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達(dá)到128根。大規(guī)模MIMO技術(shù)有以下優(yōu)點：1）空間分辨率較高；2）頻譜效率高；3）將波束集中在一定范圍，可以減少干擾；4）天線數(shù)量夠多時，線性編碼和檢測可以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。這些都對提升用戶體驗提供了技術(shù)支持[4]。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)包括多種無線接入技術(shù)，例如，4G、5G、LTE、WLAN等，為了處理好多種無線接入方式并存的問題，人們提出了超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概念。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，拉近了終端和節(jié)點之間的距離，進(jìn)而擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和系統(tǒng)容量，同時也提升了頻譜效率。但是由于節(jié)點距離的減少，使得網(wǎng)絡(luò)部署更加復(fù)雜，容易出現(xiàn)不兼容的問題。同時也會帶來很大的干擾，減低網(wǎng)絡(luò)能效。自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是指增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自組織能力，使網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行自規(guī)劃、自配置、自優(yōu)化和自愈合等操作。這種技術(shù)可以有效地減少人力資源和運行成本的浪費。改善傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)依靠人工方式完成網(wǎng)絡(luò)部署和運維的現(xiàn)狀，提升了系統(tǒng)的智能性。

3 5G 移動通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 5G 移動通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

過去的40多年里，移動通信技術(shù)迅猛發(fā)展，隨著業(yè)務(wù)需求的增加，人們一直在追求一種高性能的移動通信網(wǎng)路。2012年，歐盟正式啟動了METIS 項目，同時還啟動了規(guī)模更大的5G-PPP科研項目，旨在確立歐盟在5G領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。英國政府聯(lián)合多家企業(yè)在Surrey大學(xué)成立5G研發(fā)中心，致力于5G技術(shù)的開發(fā)和研究。在亞洲，2013年，韓國啟動了“GIGA Ko?rea”5G項目。2014年，日本成立了“2020 and Beyond AdHoc”特別討論會，研究2020年及以后的無線通信系統(tǒng)，計劃在2020年東京奧運會前實現(xiàn)5G商用。2015年，韓國推出了以5G發(fā)展總體規(guī)劃為主要內(nèi)容的“未來移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”，決定在2020年全面推出5G商用服務(wù)。可見，5G移動通信技術(shù)已經(jīng)成為全球移動通信領(lǐng)域的研究熱點。

在移動通信行業(yè)飛速發(fā)展的今天，我國也緊跟世界腳步，相繼啟動了3G和4G移動通信863重大研究計劃，在分布無線組網(wǎng)基礎(chǔ)理論方面做出了一系列重大研究成果，所倡導(dǎo)的TD技術(shù)也入選國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)的華為、中興等移動通信企業(yè)也在全球產(chǎn)生了一定的影響力。2013年初，我國成立了IMT-2020推進(jìn)組，專門從事5G移動通信技術(shù)的研究和開發(fā)工作。中興作為該推進(jìn)組的核心成員，擔(dān)任IMT-2020IEEE工作組主席、IMT-2020網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工作組的副主席等重要席位，并牽頭了多個子工作組的研究工作。同年6月，國家863計劃啟動了5G移動通信系統(tǒng)先期研究一期重大項目。項目共設(shè)立7個課題，主要由北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)、電信科學(xué)技術(shù)研究所和華為公司等知名高校和知名企業(yè)牽頭承擔(dān)。國家973計劃也部署了移動網(wǎng)絡(luò)體系創(chuàng)新的研究課題，可見我國對5G移動通信技術(shù)研究與開發(fā)的重視程度。

3.2 5G 技術(shù)未來的主要研究方向

國際電信聯(lián)盟（ITU）于2013年開始部署5G需求、頻譜及技術(shù)趨勢的研究工作，計劃在2016年完成技術(shù)評估方法研究， 2018年完成IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)征集，2020年最終確定5G標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)內(nèi)人士表示，未來5G技術(shù)的研究方向?qū)⒅饕性?0大方面： 1）密集網(wǎng)絡(luò)；2）終端間直接通信（D2D）；3）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于5G；4）與WIFI聯(lián)合組網(wǎng)；5）新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；6）新型多天線多分布式傳輸；7）將新型信號處理、調(diào)制編碼技術(shù)應(yīng)用在5G上； 8）高頻段的通信；9）頻率共享；10）網(wǎng)絡(luò)智能化。這些都將成為5G移動通信技術(shù)飛速發(fā)展的重要驅(qū)動力[5]。

4 小結(jié)

2020年，5G移動通信技術(shù)將被投入商業(yè)，以適應(yīng)未來移動數(shù)據(jù)爆炸式增長的業(yè)務(wù)需求，這也標(biāo)志著5G時代的開始?！靶畔㈦S心至，萬物觸手及”，是我們對未來5G時代的美好愿景。5G時代的來臨，將滿足人們對虛擬現(xiàn)實、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、高清視頻下載等方面的新需求。1秒鐘下載一部高清電影將不再是夢想，3D交互體驗將更加逼真，人們通過互聯(lián)網(wǎng)云平臺，可以實時掌握城市中一切聯(lián)網(wǎng)物體的位置及相關(guān)信息?？梢灶A(yù)見，在未來，6G時代、7G時代、8G時代、9G時代、10G時代等都將紛至沓來，人們的生活方式也將發(fā)生翻天覆地的變化。

[1]趙棟梁.對5G移動通信發(fā)展的思考[J].信息通信，2015（9）：125.

[2]李革.我國5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢[J].科技傳播，2016（1）：23.

[3]姚宏杰.5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)及其進(jìn)程[J].通訊世界，2015（6）：35.

[4]趙國鋒，陳婧，韓遠(yuǎn)兵，等.5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015（4）：36.

[5]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國科學(xué)：信息科學(xué)，2014（5）：6.

Key Technology and Development Trend of 5G communications

Gao Sheng

Guangdong Telecom Engineering Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510000

With the continuous development of the current society，4G technology has been the promotion and use of the birth of this technology，to provide users with a faster and more convenient experience at the same time，5G communications era has cropped up now relevant aspects have begun to focus on 5G technology research and development. The development of the communications industry to a certain extent，reflect the degree of development of a society，because this industry can effectively promote social and economic development，from the point of view of the history of the communications industry， 2G， 3G， 4G have been fast break and development in the community to cause great repercussions. Therefore，we believe 5G communication technology in the future is also bound to be an effective opportunity to achieve development and promotion.

Key Technology；rends 5G Communications

TN929.5

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1009-6434(2016)09-0052-02