范曉寒

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088

4G與5G關(guān)鍵技術(shù)的比較

范曉寒

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088

4G移動(dòng)通信技術(shù)逐漸取代2G和3G移動(dòng)通信技術(shù)而廣泛應(yīng)用，于是5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多網(wǎng)絡(luò)、多頻段、多制式的混合網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)4G頻譜效率將顯著提升，各國(guó)開始著眼于5G的研究與開發(fā)。通過(guò)比較4G和5G的重要關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)4G到5G的平滑升級(jí)提供了參考。

5G；4G；關(guān)鍵技術(shù)；比較

引言

通信技術(shù)的每一次更新?lián)Q代，都會(huì)帶來(lái)翻天覆地的變化，3G向4G過(guò)渡時(shí)如此，4G發(fā)展到5G亦將如此。5G的發(fā)展是全球移動(dòng)通信領(lǐng)域新一輪技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的開始。及早布局，力爭(zhēng)在未來(lái)5G技術(shù)與商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的獲得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，成為各國(guó)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要?jiǎng)?wù)之一。

1 4G關(guān)鍵技術(shù)概述

1.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

OFDM是4G最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠最大限度的提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能。在多載波調(diào)制范圍內(nèi)應(yīng)用正交頻分復(fù)用技術(shù)，信道可以分解為多個(gè)正交子信道，在每個(gè)子信道里進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在信道的多徑效應(yīng)影響下，OFDM能夠有效消除頻率選擇性衰落，避免碼間串?dāng)_，提高了通信的性能。[1]

1.2 智能天線（adaptive antenna array，AAA）技術(shù)

智能天線技術(shù)是一種基于自適應(yīng)天線原理的移動(dòng)通信技術(shù)，具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，并可以同時(shí)獲取基站和移動(dòng)站之前的各個(gè)鏈路方向特性。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)的信號(hào)，既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量。智能天線在消除干擾、擴(kuò)大小區(qū)半徑、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)容量等方面具有不可比擬的優(yōu)越性，因此在4G通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

1.3 空分多址技術(shù)

空分多址技術(shù)利用空間劃分，獲取不同方位的信息和地址。這樣傳輸信號(hào)能夠在有限的頻率資源中進(jìn)行有效的傳輸，各種途徑的傳輸信號(hào)在特定同一時(shí)間間隙領(lǐng)域中的實(shí)現(xiàn)，可以提高傳輸信號(hào)在有限的頻率資源中的傳輸效率。此外，對(duì)于各類渠道的傳輸信號(hào)來(lái)講，在相同時(shí)間內(nèi)，利用空分多址技術(shù)可以有效避免各個(gè)信號(hào)之間的相互干擾，使得信號(hào)質(zhì)量大大提高。

2 5G通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大規(guī)模MIMO 技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)是5G最關(guān)鍵的技術(shù)之一，也稱大型天線系統(tǒng)。作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段，大規(guī)模MIMO技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多種無(wú)線通信系統(tǒng)，例如，3G系統(tǒng)、LTE、LTE-A、WLAN 等。根據(jù)信息論，天線數(shù)量越多，頻譜效率和可靠性提升越明顯。在4G基礎(chǔ)上，由最多8根天線達(dá)到最多數(shù)百至數(shù)千根服務(wù)天線的使用，大規(guī)模MIMO技術(shù)的采用可使基站的多個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)同時(shí)即時(shí)通信。額外的天線有助于把信號(hào)能量傳輸和接收整合微小空間，這使得在同時(shí)調(diào)度大量用戶終端時(shí)可以增加吞吐量和改善能源效率。在天線的配置方式上，多個(gè)天線既可以集中地配置在一個(gè)基站上，形成集中式的大規(guī)模MIMO，也可以分布式地配置在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，形成分布式的大規(guī)模MIMO。

大規(guī)模MIMO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要在于：第一，在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率；第二，將波束集中在很窄的范圍內(nèi)，從而大幅度降低干擾；第三，大幅降低發(fā)射功率。

目前中國(guó)的大唐、華為、中興都已經(jīng)完成了有關(guān)大規(guī)模MIMO技術(shù)的測(cè)試，使得2020年國(guó)內(nèi)大范圍實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)成為了可能。

2.2 毫米波通信技術(shù)

毫米波是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。目前世界上現(xiàn)有可利用頻段資源非常有限，所用的無(wú)線電頻譜都在6 GHz以下，而處在毫米波頻段上（3～60 GHz）的資源雖然豐富，卻尚未被充分開發(fā)利用。因此，5G將在9.9～86 GHz上展開全新RAT技術(shù)研究。9.9～86 GHz主要用來(lái)做超密集網(wǎng)絡(luò)（UDN），所以UDN層和LTE 層將會(huì)重疊覆蓋，并且互操作耦合。隨著基站天線規(guī)模的增加，能夠在有限的空間內(nèi)部署更多天線也要求通信的波長(zhǎng)不能太長(zhǎng)。毫米波通信技術(shù)為未來(lái)實(shí)現(xiàn)可觸式互聯(lián)網(wǎng)、低時(shí)延性的虛擬現(xiàn)實(shí)以及3D等應(yīng)用的研究提供了新的發(fā)展方向。

2.3 雙全工通信技術(shù)

雙全工通信技術(shù)是同時(shí)同頻進(jìn)行雙向通信的技術(shù)手段。由于無(wú)線通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)存在固有的發(fā)射信號(hào)對(duì)信號(hào)接收的干擾，同時(shí)同頻進(jìn)行雙向通信技術(shù)還不夠完善，還不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻的雙向通信，浪費(fèi)了大量的無(wú)線資源，例如頻率和時(shí)間。因此，全雙工通信技術(shù)成為了5G移動(dòng)通信技術(shù)的無(wú)線傳輸技術(shù)中一個(gè)重要的研究方向。全雙工通信技術(shù)可以減少無(wú)線資源的浪費(fèi)，可實(shí)現(xiàn)更加靈活的頻譜使用。實(shí)現(xiàn)全雙工通信技術(shù)面臨的主要問(wèn)題是自干擾的抵消。目前已研發(fā)出各類干擾抵消技術(shù)，包括模擬端干擾抵消、對(duì)已知的干擾信號(hào)的數(shù)字端干擾抵消及它們的混合方式、利用附加的放置在特定位置的天線進(jìn)行干擾抵消的技術(shù)等。通過(guò)這些技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，在特定的場(chǎng)景下，能消除大部分的自干擾。

3 結(jié)束語(yǔ)

在4G技術(shù)還未全面普及的今天，諸如大規(guī)模MIMO技術(shù)、毫米波通信技術(shù)以及全雙工通信技術(shù)等5G關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，充分表明了移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展之迅猛。5G技術(shù)的研發(fā)尚處于初期階段，但是在2020年之后便可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用，為用戶帶來(lái)新的業(yè)務(wù)體驗(yàn)?，F(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入確定5G技術(shù)需求和關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)鍵時(shí)期。隨著研究的不斷深入，5G關(guān)鍵技術(shù)將逐步得以明確，未來(lái)幾年，5G移動(dòng)通信技術(shù)將進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的標(biāo)準(zhǔn)化研究與制定階段。

[1]王軍選.第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 電信科學(xué)，2009（3）：12.

Comparison of 4G and 5G Key Technologies

Fan Xiaoyan
State Intellectual Property Office of the Patent Office, Beijing 100088

4G mobile communication technology gradually replaced 2G and 3G mobile communication technology and widely used, so 5G mobile communication technology came into being.The future 5G network is a multi-network,multi-band, multi-standard hybrid network, the relative 4G spectrum efficiency will be significantly improved, countries began to focus on 5G research and development.This article by comparing 4G and 5G important key technology, to achieve 4G to 5G smooth upgrade provides a reference

5G; 4G; key technology; comparison

TN929.5

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1009-6434（2017）3-0119-02