淺析5G移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)

喻尚 尹彥豪 柯鳳儀 李澤祥

摘 要：現(xiàn)在我國(guó)正在大力推廣4G通信，4G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)十分成熟了。很多國(guó)家2013年就開始進(jìn)行5G的研究了。5G技術(shù)現(xiàn)在正處于探索階段，它是2020年后應(yīng)用的新一代通信系統(tǒng)。本文根據(jù)我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展的趨勢(shì)，分析了5G的特點(diǎn)、技術(shù)要求還有發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：5G；探索；發(fā)展趨勢(shì)；技術(shù)特點(diǎn)

一、5G的概述與發(fā)展趨勢(shì)

5G，也就是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)，是為了滿足2020年后人們對(duì)移動(dòng)通信的需求而提出的。根據(jù)以往的移動(dòng)通信發(fā)展規(guī)律，5G跟4G相比，頻譜利用率和能效將更高，資源利用率和傳輸速率將比4G提高一個(gè)量級(jí)，系統(tǒng)安全、傳輸時(shí)延、用戶體驗(yàn)和無(wú)線覆蓋等都將顯著改善。5G通信將構(gòu)成一個(gè)無(wú)所不在的通信網(wǎng)絡(luò)，滿足未來(lái)流量增加1000倍的需求。未來(lái)的5G系統(tǒng)將具有更加智能化，可以網(wǎng)絡(luò)自感知、自調(diào)整等特點(diǎn)。

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，世界大部分地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代，4G技術(shù)已經(jīng)成熟，各大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始大力4G推廣。高科技，總是未雨綢繆的，2013年開始，世界范圍內(nèi)開始進(jìn)行5G的探索，2014年，很多國(guó)家把新一代通信系統(tǒng)的研發(fā)提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。2013年年初，歐盟啟動(dòng)了METIS （mobile and wireless communications enablers for the 2020 information society）項(xiàng)目，正式開始5G的研發(fā)，該項(xiàng)目由包括華為在內(nèi)的29個(gè)參與方共同研發(fā)。韓國(guó)成立了5G技術(shù)論壇。我國(guó)在2013年6月和2014年3月啟動(dòng)了5G的一期、二期課題，這兩個(gè)課題都屬于國(guó)家的863計(jì)劃。各個(gè)國(guó)家希望在2015年世界無(wú)線電大會(huì)前后就5G的頻段、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、應(yīng)用需求和發(fā)展愿景達(dá)成共識(shí)，目前正就這些問(wèn)題進(jìn)行廣泛的研討。有望在2016年啟動(dòng)5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

之所以各個(gè)國(guó)家都十分重視，因?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深深影響著人們的生活，未來(lái)將成為很多新興業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)平臺(tái)，現(xiàn)在很多互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)也會(huì)慢慢的轉(zhuǎn)移到移動(dòng)端，以更簡(jiǎn)單方便的方式提供用戶。隨著云計(jì)算及后臺(tái)服務(wù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量和容量提出了更高的要求。5G就是與其他的無(wú)線通信技術(shù)密切銜接，為高速發(fā)展的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)服務(wù)。專業(yè)的人士估計(jì)，5G將在三個(gè)維度上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力提升：

（1）通過(guò)新技術(shù)，資源利用率要比4G至少提升10倍。

（2）利用新的體系結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)系統(tǒng)吞吐率提高25倍。

（3）開發(fā)高頻段、毫米波和可見(jiàn)光等頻率資源，使得頻率資源擴(kuò)大4倍左右。

信息技術(shù)現(xiàn)在正處于變革時(shí)期，日新月異，5G技術(shù)將會(huì)有如下特點(diǎn)：

（1）移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)更注重的就是用戶體驗(yàn)了，5G通信系統(tǒng)在技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，將更加注重對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、傳輸時(shí)延、交互游戲、3D等業(yè)務(wù)的支持。這些也是運(yùn)營(yíng)商抓住用戶的關(guān)鍵，是衡量5G系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

（2）5G通信將突破傳統(tǒng)移動(dòng)通信的理念，將點(diǎn)到點(diǎn)的物理層傳輸和信道編譯碼擴(kuò)展到多點(diǎn)、多用戶、多天線、多小區(qū)協(xié)作組網(wǎng)。尋求大幅提升性能的方式。

（3）現(xiàn)在室內(nèi)移動(dòng)通信已經(jīng)占據(jù)應(yīng)用重要位置，5G將大幅優(yōu)化室內(nèi)無(wú)線覆蓋性能。改變過(guò)去的“以大范圍覆蓋為主，兼顧室內(nèi)”的理念。使得用戶使用體驗(yàn)更加完美。

（4）現(xiàn)在我們主要使用的是低頻段頻譜資源，5G通信將更多的使用高頻資源。過(guò)去由于高頻段無(wú)線電穿透能力比較弱，所以沒(méi)有被使用。5G將通過(guò)無(wú)線與有線的融合，光載無(wú)線組網(wǎng)等技術(shù)解決這一限制，獲得更多的頻譜資源。

（5）傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由于配置固定，導(dǎo)致很多網(wǎng)絡(luò)資源無(wú)法充分利用，造成浪費(fèi)。5G將采用可“軟”配置。運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)流量的動(dòng)態(tài)變化來(lái)調(diào)整資源配置。這樣既避免了資源浪費(fèi)，有節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。

二、5G若干關(guān)鍵技術(shù)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，移動(dòng)端的業(yè)務(wù)需求也急劇增加，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳輸技術(shù)都有很高的要求。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方面，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)技術(shù)將會(huì)更加靈活，更加智能。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會(huì)采用控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的軟件來(lái)控制，會(huì)使用統(tǒng)一的自組網(wǎng)和異構(gòu)超密部署等技術(shù)。將在無(wú)線傳輸方面引入能進(jìn)一步挖掘頻譜效率提升潛力等技術(shù)，如先進(jìn)的多址接入技術(shù)、多天線技術(shù)、編碼調(diào)制技術(shù)、新的波形設(shè)計(jì)技術(shù)等。

超高效的無(wú)線傳輸技術(shù)和高密度的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是5G通信系統(tǒng)的標(biāo)志性技術(shù)，這兩方面的技術(shù)是實(shí)現(xiàn)5G需求的關(guān)鍵。期中MIMO無(wú)線傳輸技術(shù)是傳輸技術(shù)的關(guān)鍵，大規(guī)模的使用有可能使頻譜效率和功率效率比4G提高一個(gè)量級(jí)。目前該技術(shù)的問(wèn)題是高維度信道建模與估計(jì)以及復(fù)雜度控制。全雙工技術(shù)會(huì)提高移動(dòng)通信的頻譜利用率。而超密集網(wǎng)絡(luò)也是5G研究者關(guān)注的重點(diǎn)，而網(wǎng)絡(luò)協(xié)同與干擾管理是其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的變革將是5G發(fā)展的方向。扁平化SAE/LTE體系結(jié)構(gòu)促進(jìn)了移動(dòng)通信系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的高度融合，這是現(xiàn)代移動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)。未來(lái)移動(dòng)通信的代表則是智能化、高密度和可編程。我們還可以通過(guò)把內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）向核心網(wǎng)絡(luò)邊緣部署來(lái)減少網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)路由的負(fù)荷，大幅提高移動(dòng)用戶的體驗(yàn)。

三、結(jié)束語(yǔ)

按照移動(dòng)通信的發(fā)展規(guī)律，5G 技術(shù)將在2020 年之后實(shí)現(xiàn)商用，其基本發(fā)展目標(biāo)是滿足未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)飛速增長(zhǎng)的需求，并為用戶帶來(lái)新的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。5G 技術(shù)的研究尚處于初期階段，今后幾年將是確定其技術(shù)需求、關(guān)鍵指標(biāo)和使能技術(shù)的關(guān)鍵時(shí)期。5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)容量的提升將從頻譜效率的進(jìn)一步提高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變革和新型頻譜資源開發(fā)與利用技術(shù)等途徑加以實(shí)現(xiàn)，將派生出一系列新的無(wú)線移動(dòng)通信核心支撐關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]METIS. Mobile and wireless communications enablers for the 2020 information society. In： EU 7th Framework Programme Project，https：//www.metis2020.com

[2]Wen T，Zhu P Y. 5G： A technology vision. Huawei，2013. http：//www.huawei.com/en/about-huawei/publications/winwin-magazine/hw-329304.htm

[3]Wang C X，Haider F，Gao X Q，et al. Cellular architecture and key technologies for 5G wireless communication networks. IEEE Commun Mag，2014，52： 122–130

（作者單位：武漢科技大學(xué)國(guó)際學(xué)院電子信息工程系）