第5代移动通信技术及发展趋势的相关分析

第5代移动通信技术及发展趋势的相关分析

杜金峰

广东省电信工程有限公司523000

摘要：继4G之后，第五代移动通信技术（5G）因为具有更高的信息传输速率和更广的覆盖范围，成为了通信领域的重要发展方向。本文通过分析5G移动通信的发展趋势及其与4G相比所具有的特点，并对多天线传输技术、同时同频全双工技术、新型网络架构技术等关键通信技术进行了研究。

关键词：第5代移动通信；5G；通信技术

一、第5代移动通信发展趋势

第五代移动通信技术（5G）是4G的延伸。目前，5G移动通信的各项技术指标是各国通信领域里发展的重点研究方向。5G移动通信技术的发展趋势是融合其他无线移动通信，创建一个高效、全方位的网络服务平台，成为移动互联网的基础性服务系统，推动移动互联网的快速发展。与2G、3G和4G移动通信技术相比，5G移动通信技术主要有以下几个特点：（1）5G移动通信系统将点对点理念升级到多点、多用户协作组。改变以前的体系构架，并提升系统的性能；（2）提高系统对虚拟现实、3D和交互式游戏的支撑能力，给用户更加新鲜立体的体验；（3）5G移动通信系统将重心放在室内移动通信业务上。提升室内业务支撑能力，扩宽室内无线覆盖范围；（4）5G技术将扩宽无线移动通信的频率段到高频段。通过光载无线组网、有线与无线相融合等技术，突破高频段无线电波穿透能力对通信系统的限制。

5G移动通信技术未来的发展方向主要有包括以下几个方面：（1）提高网络系统吞吐率。5G移动通信的单位面积的吞吐量能力要增长1000倍，至少达到100Gb/s/km2。（2）联网设备数目增加100倍。增加5G网络单位覆盖面积内支持设备的数量，5G联网单位面积内设备数目将达到100万/km2。（3）峰值速率至少为10Gb/s。5G的峰值速率应是4G网络峰值速率的10倍。（4）频谱利用率高。应用创新技术，使5G的平均频谱效率得到5～10倍的提升。（5）网络耗能低。使网络综合能耗效率提高1000倍，并满足1000倍流量的要求。降低能源的消耗、减少网络运营的成本。

二、5G移动通信的关键技术分析

（一）同时同频全双工技术

同时同频全双工技术是一项可以十分有效的提高频谱效率的技术。同时同频全双工技术是指同时、同频进行双向通信的技术手段，即在通信双工节点的接收机处可以抵消自身发射机信号的干扰，可以同时发射信号和接收另一节点的同频信号。同时同频全双工技术相比传统TDD和FDD的频谱效率快一倍以上，这样就可以大大的提升频谱效率。而且全双工技术不受FDD和TDD方式的频谱资源使用的限制，在频谱资源使用上更为灵活，可以减少无线资源的浪费。通过以上的分析，使用该技术能使5G对频谱的需求得到有效的解决。但在现在的通信系统中，同时同频双向通信技术还不成熟，网络侧和终端侧中还存在着发射信号对接收信号的干扰，从而使得无线资源浪费很大。所以还要加强对同频同时的全双工技术的研究。

（二）新型网络架构技术

由于未来网络大规模高容量的需求，决定了5G网络架构扁平化、低时延、低成本及易维护等特点。现在主要是研究C－RAN和云架构。C－RAN就根据现有的技术水平，基于集中化处理，协作式无线电和实时云计算构架的新型无线接入网构架。适用于协同技术，具有减小干扰、降低功耗、提高频谱效率、便于维护等优点。可利用低成本高速光传输网络直接在远端天线和集中化的中心节点间进行传送无线信号。而云架构是基于云计算大规模协作的无线网络架构，利用光纤分配网络连接云机房的BBU和室外的RRH，来减少基站机房数量，降低设备特别是空调的能耗，提高了频谱效率，进一步提高了系统容量。

（三）超密集网络技术

5G是集多元化、宽带化、综合化、智能化为一体的网络，其数据流量是4G的1000倍。把大规模天线设置在宏基站，这样就可以获得更多的室外空间。还可以尽可能布置多的密集网络，以满足室内外的数据需求。5G网络数据业务将主要分布在室内和特别地区，而且采用密集网络技术，其信噪比增益比大规模天线的高，对提高数据流量十分有效。此外，使用超密集网络会缩短站点间的距离较现有站点的距离，增加支持用户的范围，使每一个用户对应拥有一个服务节点。这将意味着5G移动通信系统的网络节点离终端更加接近。这在很大程度上提高了网络覆盖率，使得终端用户的性能和系统容量得到大幅度的提升。还可以分流业务，使网络更具灵活性和使用效益。

（四）多天线传输技术

从无源到有源、从2D到3D、从高阶多输入多输出到大规模阵列的发展，多天线传输技术可提升数十倍的频谱利用率和传输可靠性。多天线传输技术通过引入有源天线阵列，使得基站可以支持多达128个协作天线。通过把2D天线阵列提升到3D天线阵列，从而形成3D－MIMO技术，大量的用户可被服务于同一时频的资源上，满足在同一时频资源支持若干用户。MIMO技术可集中在很短的范围内的波束，降低了由于波宽较宽而导致用户间的干扰。如果与毫米波技术一起使用，将使无线信号的覆盖性能得到有效的改善。现阶段，研究人员正在进一步研究大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、用户空分多址（SDMA）、码本及反馈机制等技术问题，希望能够更好的提升绿色节能和覆盖能力。

（五）设备间直接通信技术（D2D）

传统的移动通信系统组网方式是以基站作为中心，对小区进行覆盖。使用这种方式，不能移动中继站和基站，造成网络结构灵活差。随着大流量、大规模网络时代的出现，这种传统的组网方式满足不了时代的需求。而设备间直接通信技术在没有基站进行中转的情况下，能在通信设备间进行直接通信，满足了大流量、大规模网络的需求。D2D技术具有短距离直接通信、质量、数据速率快以及功耗低等优点，拓展了网络连接和接入方式，提高了网络框架的灵活性和网络可靠性，实现了频谱资源高效利用的目标，体现了D2D技术极高的应用价值。D2D正在继续拓展中继技术、联合编码技术等，将有望进一步提高通信效率和质量。

（六）基于滤波器组的多载波技术

5G移动通信系统中的数据速率高，可达到1GHz的带宽。目前通信系统使用的OFDM技术有效对抗多径衰落，频谱效率较高，但在无线传输系统大范围带宽的一些空白频谱中应用较弱。而采用滤波器组的多载波技术可以利用合成滤波器组和分析滤波器组对发送端和接收端的多载波进行调制。基于滤波器组的多载波技术的各个子载波不需要固定正交和插入前缀，还可以降低各个子载波间的干扰。同时，可以单独对各个子载波进行处理，这样可以有效的防止子载波出现同步的情况。

（七）网络智能化技术

网络智能化技术是对网络增加自优化、自配置、自愈合等能力，具有云计算存储、大数据存储、处理时效性强的数据等功能，可自行进行网络规划、部署、维护、优化和排障等。使用智能化技术有效的降低了人力资源的耗费，减少了运行成本。网络深度智能化是5G移动通信系统网络性能的重要保障，已经逐渐成为通信网络所必备的重要技术。

三、结束语

目前，5G移动通信技术还在摸索阶段，各个方面的技术还不够成熟。但因为5G移动通信具有网络数据流量大、用户规模大、传输速率更快、资源利用率更高、无线覆盖率更广及用户体验性更强等优势，决定了5G移动通信将会成为未来通信发展的趋势。因此，必须重视对5G移动通信技术进行进一步的研究，以为人类提供更加广泛的智能服务。

参考文献：

[1]吴强.5G移动通信发展趋势与若干关键技术分析[J].教育教学论坛.2016（22）

[2]王景尧，白岩，孟祥娇，崔雪然.5G无线通信技术发展跟踪与分析[J].现代电信科技.2014（12）

[3]赵国锋，陈婧，韩远兵，徐川.5G移动通信网络关键技术综述[J].重庆邮电大学学报（自然科学版）.2015（04）