5G移动通信网络发展与若干关键技术

5G移动通信网络发展与若干关键技术

周超

广东达安项目管理股份有限公司

摘要：笔者主要从5G移动通信的若干关键技术分析；等几方面探讨了本文主题，旨在与同行共同学习、共同进步。

关键词：5G；移动通信网络；关键技术；发展趋势

社会的进步，使人与人、人与万物的交集越来越大，人们对通信技术的需求和更优性能的追求在当今变得更加迫切。无论是在移动通信起步的伊始，还是迅速发展的当下，人们对移动通信的追求都是更快捷，更低耗，更安全。第五代移动通信为满足2020年以后的通信需求被提出，现今受到无数学人的关注。

第5代移动通信（fifthgenerationmobilecommunicationnetwork，5G）作为新一代的移动通信肩负着演进并创新现有移动通信的使命。它主要通过在当今无线通信技术的基础上演进并开发新技术加以融合从而构建长期的网络社会，是新、旧无线接入技术集成后方案总称，是一种真正意义上的融合网络。

一、5G概述

5G作为新一代无线移动通信网络，主要用于满足2020年以后的移动通信需求。在高速发展的移动互联网和不断增长的物联网业务需求共同推动下，要求5G具备低成本、低能耗、安全可靠的特点，同时传输速率提升10到100倍，峰值传输速率达到10Gbit/s，端到端时延达到ms级，连接设备密度增加10到100倍，流量密度提升1000倍，频谱效率提升5到10倍，能够在500km/h的速度下保证用户体验。5G将使信息通信突破时空限制，给用户带来极佳的交互体验；极大缩短人与物之间的距离，并快速地实现人与万物的互通互联。

二、5G移动通信的若干关键技术分析

为提升其业务支撑能力，5G在无线传输技术和网络技术方面将有新的突破。在无线传输技术方面，将引入能进一步挖掘频谱效率提升潜力的技术，如先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新的波形设计技术等；在无线网络方面，将采用更灵活、更智能的网络架构和组网技术，如采用控制与转发分离的软件定义无线网络的架构、统一的自组织网络（SON）、异构超密集部署等。

5G移动通信标志性的关键技术主要体现在超高效能的无线传输技术和高密度无线网络（highden-sitywirelessnetwork）技术.其中基于大规模MIMO的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在4G的基础上再提升一个量级，该项技术走向实用化的主要瓶颈问题是高维度信道建模与估计以及复杂度控制.全双工（fullduplex）技术将可能开辟新一代移动通信频谱利用的新格局.超密集网络（ultradensenetwork，UDN）已引起业界的广泛关注，网络协同与干扰管理将是提升高密度无线网络容量的核心关键问题。

体系结构变革将是新一代无线移动通信系统发展的主要方向.现有的扁平化SAE/LTE（systemarchitectureevolution/longtermevolution）体系结构促进了移动通信系统与互联网的高度融合，高密度、智能化、可编程则代表了未来移动通信演进的进一步发展趋势，而内容分发网络（CDN）向核心网络的边缘部署，可有效减少网络访问路由的负荷，并显著改善移动互联网用户的业务体验。

第一：超密集组网：未来网络将进一步使现有的小区结构微型化、分布化，并通过小区间的相互协作，化干扰信号为有用信号，从而解决小区微型化和分布化所带来的干扰问题，并最大程度地提高整个网络的系统容量。

第二：智能化：未来网络将在已有SON技术的基础上，具备更为广泛的感知能力和更为强大的自优化能力，通过感知网络环境及用户业务需求，在异构环境下为用户提供最佳的服务体验。

第三：可编程：未来网络将具备软件可定义（SDN）能力，数据平面与控制平面将进一步分离，集中控制、分布控制或两者的相互结合，将是网络演进发展中需要解决的技术路线问题；基站与路由交换等基础设施具备可编程与灵活扩展能力，以统一融合的平台适应各种复杂的及不同规模的应用场景。

1.无线网络技术

（1）大规模MIMO技术

在无线通信系统的建设中，应用多天线技术可以提高系统的频谱效率以及传输速率等，使其更加安全可靠。MIMO技术能够利用发射接收天线来增加信道的容量。因此，天线数量的增加可以有效增加系统的容量。在基站中利用MIMO技术来设置大量的天线，如此一来，便可以在同一个时频资源中，为大量用户提供相应的服务；此外，MIMO技术可以提高空间分辨率；通过集中波束还能够减小干扰。

（2）多载波技术

5G移动通信的数据速率非常高，最高可达1GHz带宽。现阶段移动通信中的OFDM技术在频谱效率、抗多径衰落等方面具有明显的优势，但是欠缺应用大

范围带宽中空白频谱的能力。而多载波技术是基于滤波器组的，能够很好地解决上述问题。在该技术中，发送端是通过合成滤波器组来调制多载波的，接收端是通过分析滤波器来调制多载波的。该技术具有的特点：子载波能够单独处理，解决了子载波同步的问题；子载波不再插入前缀，也不再进行固定的正交，可以控制子载波间的相互干扰，干扰情况大大减少。所以，在5G移动通信系统分实现多载波方案的过程中，多载波技术起着非常重要的作用。

（3）多载波技术。

5G移动通信的数据速率非常高，最高可达1GHz带宽。现阶段移动通信中的OFDM技术在频谱效率、抗多径衰落等方面具有明显的优势，但是欠缺应用大范围带宽中空白频谱的能力。而多载波技术是基于滤波器组的，能够很好地解决上述问题。在该技术中，发送端是通过合成滤波器组来调制多载波的，接收端是通过分析滤波器来调制多载波的。该技术具有的特点：子载波能够单独处理，解决了子载波同步的问题；子载波不再插入前缀，也不再进行固定的正交，可以控制子载波间的相互干扰，干扰情况大大减少。所以，在5G移动通信系统分实现多载波方案的过程中，多载波技术起着非常重要的作用。

（4）全双工技术

能够同频、同时进行双向通信的技术成为全双工通信技术。由于当前的无线通信网络中，接收信号会受到发射信号的自干扰，而通过现有的技术手段，难以实现同时并同频的双向通信。而采用全双工技术，能够在5G移动通信的无线传输中，有效的降低不必要的无线资源消耗，同时能够对频谱进行更加灵活的运用，对于5G移动通信的性能提升和效益提升，都有着重要的作用和意义。

2.无线传输技术

（1）超密集异构网络技术

由于5G系统存在无线传输技术，所以其无线接入形式繁多。该技术具有较高的网络密集程度，所以，网络节点与终端的距离比较近，可以提高功率和频谱效率，还能提升系统容量以及灵活性。该技术虽然为5G移动通信提供了美好的前景，然而因为节点之间的距离缩短，系统中出现了各种的问题。所以，应当针对这一问题进行相应的改进。有线回传方式可以节省大量的资源，还可以对程序进行有效的简化，促进移动通信的进一步发展。

（2）自组织网络技术

该技术指的是网络智能化，网络的自愈合、自配置、自由化等自组织能力大大提高，网络能够自动排障、优化、维护、部署以及规划等等，大大节省了人力资源。该技术改善了当前运维工作、人工部署而产生的成本以及人力资源的消耗。在通信网络中，自组织技术已经逐渐发展成不可或缺的技术，再加上网络深度智能化是5G移动通信系统网络性能的重要保障，所以，在5G移动通信的建设中，自组织网络技术所占的地位将越来越重要。

三、5G的概念及未来发展趋势

5G移动通信系统（5G）是4G的延伸技术。5G体系架构可以分为3大模块：网络部署场景、接入网和核心网。自第二代蜂窝系统发展以来，峰值服务速率一直是信号处理技术性能中的重要指标。而2G、3G和4G每一代的研发大概都需要经历十年的周期，因此在2020年左右移动通信技术就可以正式跨入第五代通信的商用阶段了。对比4G，5G通信将会拥

有更高的能效，更稳定快速的网络连接，更大的资源利用率以及更快的传输速率。目前，4G面临最大的问题便是由于技术方面以及设备限制，4G的传输速率仅为75Mbps，而5G将会突破这一难题，运用64个天线单元自适应阵列传输技术满足未来流量可以增加1000倍以上的用户需求。

5G概念白皮书指出，低时延高可靠、低功耗大连接、热点高容量、连续广域覆盖是5G的四大主要技术场景。其中，低时延高可靠、低功耗大连接场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好地支持物联网及垂直行业应用的问题；热点高容量、连续广域覆盖主要满足2020年及未来的移动互联网业务需求。5G移动通信将满足人们在交通、休闲、医疗、工作、居住等领域的多样化业务需求，还将渗透到物联网及各种行业领域，和交通工具、医疗仪器、工业设施等进行融合，并能为用户提供在线游戏、云桌面、增强现实、虚拟现实、超高清视频等极致体验。

结语

5G移动通信作为下一代移动通信的承载者，肩负着特殊的使命，在完成人们对未来移动通信的诸多憧憬上被寄予厚望。本文概述了当前5G几项富有发展前景的关键性技术，结合5G一系列的发展背景和人们多方面的通信需求，对几项关键技术的利弊加以剖析。可以预计的是未来几年5G的支撑性技术将被确立，其关键技术的实验、标准的制定以及商业化的应用也将逐步展开。

参考文献：

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[2]韩芸.5G网络的核心网络架构和关键技术探讨[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2015，14（05）：26~28.

[3]王东明，张余，魏浩，尤肖虎，高西奇，王江舟.面向5G的大规模天线无线传输理论与技术[J].中国科学：信息科学，2016，01：3~21.