5G系統(tǒng)指標與通信技術(shù)

李亞鵬

【摘要】 移動通信在20多年的時間里得到了飛速的發(fā)展，人類社會進入了高效率，各方面業(yè)務(wù)需求都呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。隨著第四代移動通信技術(shù)的商用，世界范圍內(nèi)已經(jīng)開始了第五代移動通信（5G）的研發(fā)。第五代通信系統(tǒng)（5G）是一個多技術(shù)融合的產(chǎn)品，通過技術(shù)的更迭和進行創(chuàng)新從而滿足廣泛的數(shù)據(jù)、連接的各種業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的需要進而大幅度改善用戶體驗。本文重點介紹5G的性能指標，并對關(guān)鍵技術(shù)進行論述。

【關(guān)鍵詞】 5G 通信工程 5G性能指標 無線通信技術(shù)

進入新世紀以來，隨著移動智能手機及業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，促使移動互聯(lián)網(wǎng)進入蓬勃發(fā)展的階段，使得人們對數(shù)據(jù)的需求急劇增長。未來5G會服務(wù)于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，如：智能家居，快捷支付，室?nèi)設(shè)計，軍事航天等等。同時，也將與實體金融，交通運輸?shù)葘嶓w行業(yè)有機結(jié)合。這些都是對未來5G的性能以及各項指標提出了更多的要求。

一、5G系統(tǒng)的先進性的指標

1.1頻帶利用率高

在現(xiàn)階段的水平上，高頻段頻譜利用率還較低，由于受到高頻段無線電波的穿透能力影響，但在5G通信技術(shù)中，高頻段頻譜的使用范圍會很廣泛。

1.2通信系統(tǒng)性能提高

5G將更加廣泛的運用多點、多天線、多用戶、多小區(qū)的相互協(xié)作、相互組網(wǎng)，以此來大幅度提高通信系統(tǒng)的性能。

1.3能耗和運營成本降低

5G的重點探索研究方向是其設(shè)計以及配置，運營商實時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源通過檢測業(yè)務(wù)流量，這樣，可以就會降低能耗和不必要的網(wǎng)絡(luò)資源運營成本。

二、5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1非正交多址接入技術(shù)

非正交多址技術(shù)（NOMA）的基本思想是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，通過引入干擾信號，通過串行干擾刪除（SIC）接受機，在接收端實現(xiàn)正確破解。NOMA的子信道傳輸采用正交頻分復(fù)用技術(shù)，子信道之間是正交的，互不干擾，并且多個用戶共享。同一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸。通過在發(fā)送端對同一子信道上的各個用戶采用功率復(fù)用技術(shù)發(fā)送信號，根據(jù)不同用戶信號功率大小，SIC接收機會按照一定的順序進行干擾消除從而實現(xiàn)正確解調(diào)和區(qū)分用戶的功能。

2.2濾波組多載波技術(shù)（FBMC）

FBMC中，由于沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)的不同，原型濾波器可以根據(jù)各自的需要進行設(shè)計，從而各濾波之間不再必須是正交的；能實現(xiàn)各子載波之間的交疊后的靈活控制各、子載波帶寬設(shè)置，進而可對相鄰子載波之間的干擾進行控制處理，并對一些零散的頻譜資源使用更加便捷；各子載波之間不需要同步，信道估計。適合于難以實現(xiàn)各用戶之間嚴格同步的上行鏈路。但由于各載波之間相互不正交，子載波之間存在干擾；采用非矩陣波形，導(dǎo)致符號存在時域干擾，需要通過采用一些技術(shù)來進行干擾的消除。

2.3毫米波

傳統(tǒng)的多種無線接入技術(shù)疊加型網(wǎng)絡(luò)中，宏基站與小基站均工作于低頻段，這就帶來了頻繁切換的問題，用戶體驗差。人們利用毫米波小基站工作于高頻段特性，作為移動通信的用戶數(shù)據(jù)，然而平面宏基站將會工作于低頻段，會作為移動通信的控制平面。在未來的疊加網(wǎng)絡(luò)中會很常見。

2.4大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于WIFI、LTE等。理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。

大規(guī)模 MIMO的基本特征是：將數(shù)量繁多的天線配置在基站覆蓋域內(nèi)，天線會被大規(guī)模陣列集中放置。這樣會帶來如下優(yōu)點：首先，多個用戶可在同一時頻資源上與在覆蓋范圍內(nèi)的基站同時進行通信，這樣用戶可以最大程度利用大規(guī)模天線配置帶來的空間自由度從而提升頻譜效率；其次，利用大規(guī)模天線帶來的分集增益和陣列增益，還可提升用戶與基站通信的功率效率。

2.5超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

在未來的5G通信中，無線通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)綜合化、寬帶化、多元化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長。這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實現(xiàn)未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。其能夠?qū)Σ煌瑯I(yè)務(wù)進行區(qū)分，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，使系統(tǒng)容量擴大。未來將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達100個以上。與此同時，越來越集中的的網(wǎng)絡(luò)安置也使得網(wǎng)絡(luò)間拓撲更加復(fù)雜，各個小區(qū)之間干擾已經(jīng)成為限制系統(tǒng)容量的一個關(guān)鍵因素并且極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。小區(qū)間快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、干擾消除方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點。

三、結(jié)束語

隨著對第五代移動通信技術(shù)研究的不斷深入，全球業(yè)界也將逐漸對5G的系統(tǒng)特征統(tǒng)一認識；在大幅度提升4G系統(tǒng)能力基礎(chǔ)上，5G將在多種場景下更好的滿足人們的需求，實現(xiàn)對資源的優(yōu)化配置。

參 考 文 獻

[1]馮巖. 5G研發(fā)爭分奪秒[J]. 中國無線電，2014（01）.

[2]尤肖虎，潘志文，高西奇，曹淑敏，鄔賀銓。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).2014，44，5：551-563.