我國5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢

馮杰文

廣東南方通信建設(shè)有限公司

我國5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢

馮杰文

廣東南方通信建設(shè)有限公司

為了應(yīng)對未來更加龐大的數(shù)據(jù)流動和增長速度，增加新型業(yè)務(wù)的開發(fā)和使用，第五代移動通信技術(shù)(簡稱5G)，應(yīng)運而生，國內(nèi)外已經(jīng)逐步確立了5G移動通訊技術(shù)的發(fā)展前景和發(fā)展需求，網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得人們的生活產(chǎn)生了翻天覆地的變化，對于人們的經(jīng)濟、工作、學(xué)習(xí)和日常生活都緊密結(jié)合起來，為了追求更高效率的移動通訊技術(shù)，各國相互啟動了5G技術(shù)的探索和實踐項目，以應(yīng)對未來多樣化的發(fā)展和需求。5G技術(shù)已經(jīng)成為未來通訊技術(shù)的重要研究方向。

5G移動通信；發(fā)展趨勢；關(guān)鍵技術(shù)

5G作為新一代無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于滿足2020年以后的移動通信需求。在高速發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)和不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的共同推動下，要求5G具備低成本、低能耗、安全可靠的特點，同時傳輸速率提升10～100倍，峰值傳輸速率達到10Gbit/s，端到端時延達到ms級，連接設(shè)備密度增加10～100倍。流量密度提到1000倍，頻譜效率提升5～10倍，能夠使用戶體驗保證在500km/h的速度。

1 5G移動通信系統(tǒng)的主要特點

5G移動通信系統(tǒng)將技術(shù)革新與用戶體驗緊密的結(jié)合在一起，5G系統(tǒng)性能窗體底端的關(guān)鍵指標(biāo)包括平均網(wǎng)絡(luò)吞吐量速率，傳輸延遲和虛擬現(xiàn)實，3D，互動游戲等新興移動服務(wù)保障能力。與4G移動通信系統(tǒng)相比。5G移動通信系統(tǒng)將點對點的物理層傳輸和信道編譯碼提升為多點、多用戶的協(xié)作組網(wǎng)，試圖構(gòu)建更良好的體系構(gòu)架。室內(nèi)移動通信業(yè)務(wù)成為系統(tǒng)的優(yōu)先考慮目標(biāo)，提升室內(nèi)無線覆蓋和業(yè)務(wù)保障能力。5G移動通信系統(tǒng)將更廣泛地利用高頻段頻譜資源、光載無線組網(wǎng)等技術(shù)。

2 5G移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和傳輸技術(shù)是極為復(fù)雜的，為了能夠保證智能化，應(yīng)在5G移動通信中采取SON技術(shù)，如發(fā)現(xiàn)SON技術(shù)仍然無法實現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，應(yīng)該在研究中要對移動性優(yōu)化技術(shù)、優(yōu)化無線傳輸參數(shù)和優(yōu)化技術(shù)的協(xié)同進行完善，實現(xiàn)自愈合功能。傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)里面，會采用小區(qū)分裂方式實現(xiàn)減少小區(qū)的半徑，系統(tǒng)能量的提升只能夠用低功率節(jié)點數(shù)量增加，所以在未來5G技術(shù)發(fā)展中應(yīng)將宏站覆蓋區(qū)域內(nèi)的低功率節(jié)點保持在10倍以上的部署密度從而形成超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。用于異構(gòu)超密集部署的過程中應(yīng)需要注意多覆蓋層次、多種無線技術(shù)的共同生存問題。應(yīng)采取軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠達到復(fù)雜的控制功能和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點，能夠使設(shè)備更加的簡單、操作起來靈活。

2.2 無線傳輸技術(shù)

其一，大規(guī)模的MIMO技術(shù)。想要顯著提升系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的效率，保證信息快速傳播，就必須拓展多天線技術(shù)，通過發(fā)射與接收天線，促使信道容量大規(guī)模增長。在這個過程中要提高大規(guī)模MIMO在空間上的分辨率，對同時頻的用戶給予支持，集中波束，減小干擾。此外，該技術(shù)的最大優(yōu)勢在于擁有最佳的線性檢測器，可以第一時間檢查系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況。

其二，全雙工技術(shù)。全雙工的移動通信技術(shù)的是在同一頻率下所進行的雙向通信技術(shù)的簡稱，在移動通信技術(shù)的領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)終端和網(wǎng)絡(luò)接收站有按照固定模式進行發(fā)射和接受的自干擾發(fā)射器，因為現(xiàn)有技術(shù)的不完善，并不能實現(xiàn)真正意義上的在同一頻率下的雙向通信。全雙工技術(shù)在技術(shù)和理論上是可以提升通信頻率的效率的，并且能夠更加靈活的實施數(shù)據(jù)的傳輸和頻譜的使用，因為現(xiàn)有器材的限制和信號處理技術(shù)的不完善，全雙工技術(shù)還沒有得到充分的發(fā)展，在未來，同頻率的全雙工技術(shù)必定會在5g移動通信技術(shù)中占據(jù)著重要的地位，全雙工技術(shù)的開發(fā)和使用也能夠得到全方面的發(fā)展。

其三，基于濾波器組的多載波技術(shù)。目前通信系統(tǒng)所使用的OFDM技術(shù)雖然在對抗多徑衰落、頻譜效率方面有一定的優(yōu)勢，但其對于無線傳輸系統(tǒng)大范圍帶寬中的一些空白頻譜的缺乏應(yīng)用能力。而基于濾波器組的多載波技術(shù)可以有效地解決這一問題。在基于濾波器組的多載波技術(shù)中，發(fā)送端和接收端對于多載波的調(diào)制分別利用合成濾波器組和分析濾波器組。各個子載波可以進行單獨的處理，避免了子載波同步的過程。

3 發(fā)展趨勢

目前，5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)仍處于研究階段，究竟何種關(guān)鍵技術(shù)在未來能夠適應(yīng)5G的需求，仍是一個未知數(shù)。

未來5G網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化及智能化的方向發(fā)展。隨著各種智能終端的普及，面向2020年及以后，移動數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)爆炸式增長。

傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)中，主要依靠人工方式完成網(wǎng)絡(luò)部署及運維，既耗費大量人力資源又增加運行成本，而且網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也不理想。在未來5G網(wǎng)絡(luò)中，將面臨網(wǎng)絡(luò)的部署、運營及維護的挑戰(zhàn)，這主要是由于網(wǎng)絡(luò)存在各種無線接入技術(shù)，且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋能力各不相同，它們之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜。

在未來5G網(wǎng)絡(luò)中，面向大規(guī)模用戶的音頻、視頻、圖像等業(yè)務(wù)急劇增長，網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸式增長會極大地影響用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)。如何有效地分發(fā)大流量的業(yè)務(wù)內(nèi)容，降低用戶獲取信息的時延，成為網(wǎng)絡(luò)運營商和內(nèi)容提供商面臨的一大難題。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(contentdistribute-onnetwork，CDN)會對未來5G網(wǎng)絡(luò)的容量與用戶訪問具有重要的支撐作用。

在未來5G網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)容量、頻譜效率需要進一步提升，更豐富的通信模式以及更好的終端用戶體驗也是5G的演進方向。設(shè)備到設(shè)備通信(de-vice-to-devicecommunication，D2D)具有潛在的提升系統(tǒng)性能、增強用戶體驗、減輕基站壓力及提高頻譜利用率的前景。因此，D2D是未來5G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

D2D通信是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)。D2D會話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進行傳輸，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，而相關(guān)的控制信令，如會話的建立、維持、無線資源分配以及計費、鑒權(quán)、識別、移動性管理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)。

[1] 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)：信息科學(xué)，2014，07(05)：551～563.

[2] 蔡志猛.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015，05(02)：41.