移動通信5G研究進展

盧新宇

摘? ?要：隨著通信技術的快速發(fā)展，5G通信技術已經如約而至，然而仍然存在許多關鍵技術尚未突破，需要進一步研究。結合國內外移動通信的最新發(fā)展趨勢，文章對5G通信網絡技術研究進展以及5G通信網絡的關鍵技術進行了簡單綜述，希望5G早日完成技術突破，實現產業(yè)化。

關鍵詞：移動通信;5G;關鍵技術;研究進展

在過去的半個世紀中，移動通信的發(fā)展對人們的生活、生產、工作、娛樂乃至政治、經濟和文化都產生了深刻的影響，30年前幻想中的無人機、智能家居、網絡視頻、網上購物等均已實現。移動通信技術經歷了模擬傳輸、數字語音傳輸、互聯(lián)網通信、個人通信、新一代無線移動通信5個發(fā)展階段。相信在不遠的將來，5G將實現人與人、人與物、物與物的交互體驗，實現人與萬物快速地互通互聯(lián)[1]。

1? ? 移動通信網絡發(fā)展歷程

1G采用蜂窩系統(tǒng)的頻多分址技術信道按需分配，且不能被其他用戶共享，主要蜂窩系統(tǒng)包括AMPS，NMT，Hiccup，CDPD，Mobitex，TACS和ETACS等。由于采用模擬系統(tǒng)，滿足人們無線移動通行的同時，移動電話容易被竊聽。

2G采用時分多址接入技術。主要包括USDC和GSM多址接入技術，其標準包括GSM，iDEN，USDC，IS-95，PDC，CSD，PHS，GPRS，HSCSD和WiDEN等[2]。這種固定分配方式的多址接入協(xié)議最大的缺點是當有的站沒有數據要發(fā)送時，分配給它的那些時間片就會白白地浪費掉，即使某一個站可能有大量的待發(fā)數據，它也無法使用屬于別的站的空閑時間片，雖然滿足了人們對數字移動的需求，但傳輸速度很慢、能耗過高。

3G采用碼分多址技術。主要提高了通信寬帶的速率和語音通話的安全性，其通信寬帶速率大于500 Kb/s，能夠滿足人們手機上網速率的要求，然而播放高清視頻速度慢、畫面不穩(wěn)定、不清楚，目前有WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA 3個標準[3]。

4G采用正交頻分復用技術和多天線技術融合。能夠像高清晰度電視一樣，傳輸高質量的圖像和視頻。其上網速度比撥號上網提高了2 000倍，傳輸速度可達到20 Mbps，基本能夠滿足用戶對網絡傳輸和下載速度的要求。

5G采用多種新型無線接入技術，是與目前4G無線接入技術的融合和集成。其特點主要體現在：峰值網絡速率達到10 Gbps，網絡傳輸速度比4G快10～100倍;網絡端到端時延達到1 ms;頻譜效率5～10倍，能夠承載1 000億個網絡連接，將是一個更加廣闊和開放的網絡世界;流量密度提升1 000倍，與4G相比，成本、能耗和安全性得到大幅度提高[4]。

5G應用遠景如圖1所示。

2? ? IMT—2020推進組關于5G的研究進展

IMT—2020（5G）推進組是在2013年2月由工業(yè)和信息化部、發(fā)展和改革委員會、科學技術部共同支持下，聯(lián)合國內產學研界多方技術力量，共同成立的5G移動通信技術研究組織。成員主要有中國信息通信研究院、中國移動通信集團公司、華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司和大唐電信科技股份有限公司等。

IMT—2020推進組5G試驗計劃分3步，第一步是為5G技術研發(fā)試驗，主要目標是參與5G國際標準制定，時間為2016—2018年;第二步是5G產品研發(fā)試驗，主要目標是開展5G商用測試，時間為2018—2020年年底;第三步是2020年以后實現5G通信大規(guī)模正式商用。

在5G移動通信網絡研發(fā)中，中興通訊的MUSA方案，能夠讓系統(tǒng)在相同的時頻資源下支持3～6倍的用戶接入數，極大降低了終端功耗，能夠實現9 000萬連接數/MHz/h。目前，中興通訊已聯(lián)合西班牙電話公司Telefonica完成了5G網絡架構和承載測試，與法國電信運營商Orange于2018年在歐洲進行多站點5G獨立組網架構測試，與中國電信在雄安、蘇州開展了首批5G預商用測試，與中國聯(lián)通建設的首個5G NR新空口外場測試站點也完成了業(yè)務驗證[5]。

3? ? 5G通信網絡的關鍵技術

5G通信網絡關鍵技術主要包括超密集異構網絡、終端直通技術、自組織網絡技術、軟件定義無線網絡、內容分發(fā)網絡等技術。

3.1? 超密集異構網絡

超密集異構網絡（Ultra Dense Deployment，UDN）技術主要解決網絡多元化、寬帶化、高容量、智能化和綜合化等問題。如減小小區(qū)半徑、增加低功率節(jié)點數量，改善網絡覆蓋等問題。大幅度提高系統(tǒng)容量將作為重點研究方向，該問題的解決將有助于大幅度提高網絡數據流量[6]。

3.2? 終端直通技術

終端直通技術（Device to Device，D2D）是借助于WiFi等現有成熟設備和技術來實現點對點直接通信技術，不需要經過中間設備和終端設備[7]，用戶既是伺服器又是客戶端，D2D技術節(jié)省了大量的無線通信信號資源。如在車聯(lián)網中采用D2D技術，可以避免大量信號堵塞和碰撞，從而提高信號的可靠性能。

3.3? 自組織網絡技術

自組織網絡技術（Self-Organizing Network，SON）是一種能夠提供終端相互通信的多跳、自治網絡，其架構主要有集中式、分布式、混合式3種。其中，集中式架構具有控制范圍廣、沖突小等優(yōu)點，但運行速度慢、算法復雜。分布式主要通過SON發(fā)布在eNB上實現，效率高、控制性好，但協(xié)調困難。混合式是上述兩種方式的融合，缺點是設計復雜。目前，異構網絡協(xié)作的SON技術是重點研究方向[8]。

3.4? 軟件定義無線網絡

軟件定義無線網絡（Software Defined Network，SDN）是通過軟件將控制與數據分開控制管理，實現網絡的轉發(fā)和分離[9]。主要由應用層、控制層、基礎設施層構成，其中，核心層是全網拓撲、網絡優(yōu)化的中心。它能夠實現用戶屬性、動態(tài)網絡需求、實時網絡等功能，能夠減少資源配置錯誤，使網絡更加智能化。

3.5? 內容分發(fā)網絡

內容分發(fā)網絡（Content Delivery Network，CDN）是一種虛擬智能分布式網絡，通過智能分析就近訪問，避免了互聯(lián)網繁忙信息傳輸通道，從而使信號傳輸更加快捷、穩(wěn)定和安全。目前主要有單中心節(jié)點結構、多中心節(jié)點結構和網絡結構3種形式。

3.6? 新型網絡構架技術

新型網絡構架技術（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）是一種新型無線接入架構方式，它是無線電、云計算和集中處理技術的耦合，是未來5G接入網絡構架主要方式。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無線電網的架構。C-RAN主要通過光纖網絡在中心節(jié)點和遠端天線之間進行信號的高速傳輸，以構建覆蓋上百個基站服務區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入系統(tǒng)。其架構能夠減少干擾，降低功耗，提升頻譜效率，有利于實現動態(tài)使用智能化組網，集中處理有利于降低成本，便于維護，減少運營成本。研究的主要內容包括C-RAN的架構和功能，如集中控制，基帶池RRU借口定義，基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等[10]。

3.7? 全雙工技術

同時同頻全雙工技術（Full Duplex Technology，FDT）是指在相同的頻譜上，通信的收發(fā)方同時發(fā)射和接收信號。與傳統(tǒng)雙工模式中的頻分雙工（Frequency Division Duplex，FDD）和時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）比較，可使空口頻譜效率提高1倍，具備更高的干擾消除能力，同頻同時全雙工是一項極具潛力的新興無線通信技術，已受到學術界和產業(yè)界的廣泛關注[11]。

4? ? 結語

本文對移動通信發(fā)展進行了簡單的綜述，重點評述了目前5G移動通信的關鍵技術。移動通信經歷了1G，2G，3G和4G的發(fā)展和運行，5G的速度比4G快100倍，將能夠滿足快速發(fā)展的移動互聯(lián)網、物聯(lián)網的需求。隨著5G技術完善、成熟和應用，相信在2020年左右可完全實現5G的商業(yè)化。

[參考文獻]

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[2]佚名.2G即將成為歷史中國移動關閉部分國家2G網絡[EB/OL].（2018-04-26）[2019-5-10].http：//baijiahao.baidu.com/s？id=1573893423208609&wfr=spider&for=pc.

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[5]佚名.無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程與趨勢[EB/OL].（2014-03-11）[2019-5-10].https：//wenku.baidu.com/view/0f8afeb8aef8941ea76e05c8.html.

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[11]曾夢岐，陶建軍，馮中華.5G通信安全進展研究[J].通信技術，2017（4）：779-784.

Abstract：With the rapid development of communication technology， 5G communication technology has come as promised， but there are still many key technologies that have not yet been broken through， which need to be further studied. Combined with the latest development trend of mobile communication at home and abroad， this paper briefly summarizes the research progress of 5G communication network technology and the key technologies of 5G communication network. It is hoped that 5G will complete the technological breakthrough and realize industrialization as soon as possible.

Key words：mobile communication; 5G; key technologies; research progress