第五代移動通信技術研究

李俊

摘 ?要：第五代移動通信技術5G（fifth-generation）是由于目前4G移動通信網(wǎng)絡無法滿足在信息技術和網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展情況下人們對未來移動通訊業(yè)務迅猛增長的需求，而正在研發(fā)的新一代的能力更強勁的無線移動通信技術。文章主要研究了第五代移動通信技術發(fā)展方向、特點和關鍵技術。

關鍵詞：移動通信;第五代;5G;關鍵技術

中圖分類號：TN929.5 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）36-0061-01

1 ?概 ?述

在信息技術的迅猛發(fā)展和智能終端的大規(guī)模普及的狀況下，人們對移動通信服務的要求在不斷提升，全球移動通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量每年在以翻倍的速度激增。移動通信業(yè)根據(jù)目前移動通信的發(fā)展速度作出預測，全球移動通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量到2020年時將達到2015年時的10倍（預計達到300 Eb），并隨著物聯(lián)網(wǎng)以及移動M2M聯(lián)接（指支持無線系統(tǒng)與類似設備進行通信的應用）的高速發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)終端設備數(shù)目到2020年時將達到2015年的5倍之多（預計達到500～1 000億臺）。對于未來的移動通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務的更高要求，目前的第四代移動通信系統(tǒng)（4G）明顯不能滿足其要求，這使得全球移動通信業(yè)開始著手研究發(fā)展更加迅速、更具效率、更智能化的下一代移動通信技術——第五代移動通信技術（5G）。

2 ?移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展

按照用戶的需求和技術的發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡發(fā)展分為多個階段，每一次的發(fā)展換代都為移動通信帶來了巨大的變革。

第一代移動通信技術——1G以模擬技術為基礎開展了最初的僅限語音的蜂窩電話標準，建立了移動通信的基本結(jié)構;

第二代移動通信技術——2G改變了通訊技術：從模擬技術轉(zhuǎn)向數(shù)字技術，2G系統(tǒng)基于電路交換架構，能夠進行窄帶數(shù)據(jù)通訊，能為用戶提供除語音通信外的短信和低速率數(shù)據(jù)業(yè)務，傳輸速度很慢。

第三代移動通信技術——3G是一種基于分組交換的網(wǎng)絡，能夠同時將聲音及數(shù)據(jù)信息以幾百kbps以上的速率的傳送。

第四代移動通信技術——4G是基于IP協(xié)議的高速移動通信網(wǎng)絡，擁有比3G更快的速率，并且有VoLTE通訊技術。隨著高性能應用對數(shù)據(jù)率需求的日益增長，人們對下一代移動通訊網(wǎng)絡——5G產(chǎn)生了越來越濃厚的興趣。

3 ?5G移動通信技術

3.1 ?5G通信發(fā)展方向

移動通信網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展是推動5G移動通信發(fā)展的主要動力。5G移動通信技術的主要發(fā)展方向?qū)⑹桥c其他移動通信技術密切銜接，為移動通信網(wǎng)絡的高速發(fā)展提供全面的基礎性服務。按照當前移動通信業(yè)的發(fā)展來看，未來的無線移動通訊網(wǎng)絡（包含5G在內(nèi)）業(yè)務能力的提升會在三個維度上同時改進：

①研究發(fā)現(xiàn)新的無線傳輸技術，在4G的基礎上把資源利用率提高至少10倍;

②通過加入新的體系結(jié)構（如更加密集的小區(qū)結(jié)構等）和更加完善的智能化能力將整個移動通訊系統(tǒng)的網(wǎng)絡吞吐率提高約25倍;

③繼續(xù)研究尋找新的頻率資源（如高頻段、毫米波與可見光等），將未來的移動通信系統(tǒng)的頻率資源擴大到目前的4倍。

3.2 ?5G移動通信技術的特點

未來的5G移動通訊網(wǎng)絡比起當下4G網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)流量會增長1 000倍，聯(lián)網(wǎng)的設備終端會擴大100倍，達到600～1 100億臺，峰值速率將要提升10倍，即至少到10 Gbit/s，并且在某些特殊情況下，單獨某個用戶的單鏈路速率需要高于10 Gbit/s。

而在一般狀況下，只有極少數(shù)用戶達不到10 Mbit/s以上的速率。由于5G移動通訊網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量大、終端設備數(shù)目多，與4G網(wǎng)絡相比就會發(fā)現(xiàn)頻譜資源不足這一問題，因此5G網(wǎng)絡就必須將平均頻譜效率提升五至十倍才能達到滿足要求。

同時，5G將具有時延短和可靠性高的特點，能夠滿足用戶隨時隨地的網(wǎng)絡在線服務，極大地降低用戶時延和控制時延，并對于重大業(yè)務端到端服務可靠性必須提升到99.99%以上。

3.3 ?5G移動通信技術的關鍵技術

5G移動通訊網(wǎng)絡需要在無線傳輸技術和無線網(wǎng)絡技術方面有新的進展才能滿足其更進一步的業(yè)務要求?，F(xiàn)在5G移動通信系統(tǒng)仍處于研究開發(fā)階段，但是無線傳輸技術需要更高的效能、無線網(wǎng)絡技術需要更高的密度是業(yè)界和學術界都普遍認可的5G移動通信系統(tǒng)的關鍵技術。

而這具體應該包含以下幾個方面：

①在無線傳輸技術方面， 將不斷發(fā)掘能提升頻譜效率潛力的技術， 如先進的高頻段傳輸技術、多天線傳輸技術、同時同頻全雙工技術、新的波形設計技術等;

②在無線網(wǎng)絡技術方面， 將運用更加智能和靈活的網(wǎng)絡架構和組網(wǎng)技術， 如新型網(wǎng)絡架構技術、密集網(wǎng)絡技術、智能化技術等。

3.3.1 ?高頻段傳輸技術

如今的移動通信技術主要在3 GHz以下的頻段工作，隨著用戶數(shù)目的不斷增加會使得頻譜資源變得擁擠甚至不足。然而在高于3 GHz的高頻段，如頻率范圍為26.5～300 GHz的毫米波段，可利用的帶寬高達273.5 GHz，是目前主要工作頻段帶寬的近10倍。如果采用毫米波段，5G移動通訊技術在終端容量和傳輸速率等方面的要求將會得到滿足。

3.3.2 ?新型多天線傳輸技術

作為5G移動通訊技術重要研究方向之一的多天線傳輸技術，能夠?qū)㈩l譜利用率提高到4G網(wǎng)絡的幾十倍以上。目前業(yè)界和學術界正在研究大規(guī)模天線信道的測量與建模、陣列設計與校準、導頻信道、用戶空分多址（SDMA）、碼本及反饋機制等問題，用來降低通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡能耗以及增強信號覆蓋能力。

3.3.3 ?密集網(wǎng)絡技術

5G網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量將是4G的1 000倍，是一個寬帶化、多元化、綜合化和智能化的網(wǎng)絡。

要想達到這個目標有兩種途徑：

一是為了獲取更高的室外空間增益而在宏基站處建立大規(guī)模天線，二是為了同時滿足室內(nèi)和室外的數(shù)據(jù)需求而增加更多的密集網(wǎng)絡。

由于室內(nèi)和熱點地區(qū)將是未來5G移動通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)業(yè)務主要分布地點，研究人員研究發(fā)現(xiàn)超密集網(wǎng)絡是提高數(shù)據(jù)流量的重要技術。超密集網(wǎng)絡由于極大縮短了輸入端和輸出端之間的實際距離，所以增強了網(wǎng)絡覆蓋能力，提高了終端用戶的性能，巨大的增加了系統(tǒng)容量。

3.3.4 ?智能化技術

在5G移動通信系統(tǒng)中，中心網(wǎng)絡將會是云計算平臺，由一個大型服務器組成;基站具有云計算和大數(shù)據(jù)存儲功能;它們由路由器及交換機網(wǎng)絡相連接。路由器及交換機網(wǎng)絡具有數(shù)據(jù)交換功能，基站會智能的將特別大或不能及時處理的數(shù)據(jù)將提交到中心網(wǎng)絡通過云計算去處理。

4 ?結(jié) ?語

當前全世界5G移動通信系統(tǒng)的技術研究都尚處于初期階段，接下來的幾年將經(jīng)歷確定其技術需求、標準化、外場試驗等過程，按照移動通信的發(fā)展規(guī)律，5G將在2020年之后實現(xiàn)商業(yè)應用。隨著不斷深入的研究，5G關鍵技術必將取得突破性的進展，從而推動全球的信息化發(fā)展和經(jīng)濟增長。

參考文獻：

[1] 尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關鍵技術[J].

中國科學：信息科學，2014，（5）.

[2] 王景堯，白巖，孟祥嬌，等.5G無線通信技術發(fā)展跟蹤與分析[J].現(xiàn)代電 ? 信科技，2014，（12）.

[3] 趙國鋒，陳婧，韓遠兵，等.5G移動通信網(wǎng)絡關鍵技術綜述[J].重慶郵電

大學學報（自然科學版），2015，（4）.