简析5G移动通信发展趋势及若干关键技术

简析5G移动通信发展趋势及若干关键技术

苏斌

广东达安项目管理股份有限公司

摘要：笔者主要从5G移动通信的发展趋势；以及5G移动通信的关键技术，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；发展趋势；关键技术

在当前科学技术不断发展的形势下，移动通信技术已经从2G发展到3G，并且当前4G移动通信技术也在大范围的推广和应用当中，整个通信技术的发展历程也仅仅经历了几年的时间。放眼未来，5G移动通信技术也即将走入到我们的生产和生活当中，保持对新技术的持续关注和深入研究，可以为我国社会经济的发展提供更加强大的科技动力。虽然我国对于5G移动通信技术已经开展了相关的研究工作，但是其研究广度与深度还存在很大的不足。为了更好地迎接5G技术的到来与应用，在开展移动通信技术研究的过程中，要以前瞻的眼光来对5G移动通信发展趋势进行研究，并且将对其中的关键技术进行全面的探究。

一、5G的基本概念以及5G移动通信的特点

1.5G的基本概念

第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，外语缩写：5G。也是4G之后的延伸，正在研究中，网速可达5M/S-6M/S.

诺基亚与加拿大运营商BellCanada合作，完成加拿大首次5G网络技术的测试。测试中使用了73GHz范围内频谱，数据传输速率为加拿大现有4G网络的6倍。鉴于两者的合作，外界分析加拿大很有可能将在5年内启动5G网络的全面部署。

由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快速发展，其对网络速度有着更高的要求，这无疑成为推动5G网络发展的重要因素。因此无论是加拿大政府还是全球各地，均在大力推进5G网络，以迎接下一波科技浪潮。不过，从目前情况来看5G网络离商用预计还需2到4年时间。

2.5G移动通信的特点

（1）未来基站将更加小型化，可以安装在各种场景。

（2）具备更强大的功能，去除了传统的汇聚节点。

（3）网络架构进一步扁平化，未来网络架构是功能强大的基站叠加一个大服务器集群。

（4）对于普通用户来说，5G带来的最直观感受将是网速的极大提升。目前4G/LTE的峰值传输速率达到每秒100M，而5G的峰值速率将达到每秒10G。打个比方来讲，用LTE网络下载一部电影可能会用1分钟，而用5G下载一部高画质（HD）电影只需1秒钟，也就是一眨眼的工夫。

（5）从专业角度讲，除了要满足超高速的传输需求外，5G还需满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地可接入性等要求。因此，通信界普遍认为，5G是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络。

二、5G移动通信的发展趋势

移动互联网技术的发展为5G移动通信技术提供了基础动力，移动互联网将成为以后各种技术的基础性平台。现如今的移动通信技术和无线通信技术将成为5G移动通信系统的研究基础，进而给5G移动通信技术的发展提供更高的质量传输质量和系统效率要求。其中，5G移动通信技术将在三个主要方面得到提升，第一点就是无线传输效率，扩宽了无线移动通信的频率段到高频率；第二点是通信系统的智能化和系统吞吐率，在新的体系构建和智能化能力的提升了整个系统的吞吐率；第三点是无线通信频率资源，相比4G移动通信技术资源利用率提升高达十倍左右。5G移动通信系统主要的目标在于成为移动互联网的基础性服务系统，与传统的2G移动通信、3G移动通信和4G移动通信相比5G移动通信有了更高的用户体验，在虚拟现实、交互式游戏和3D的支撑能力等技术方面进行了革新，有了更强的用户体验。5G移动通信系统主要在室内移动通信业务上得到大规模的提升，从无线覆盖范围的扩大提升室内移动通信业务在通信业务中的地位。

三、5G移动通信的关键技术

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。

1）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。

2）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。

3）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。

4）内容分发边缘化部署：移动终端访问的内容虽然呈海量化趋势，但大部分集中在一些热点内容和大型门户网站，在未来的5G网络中采用CDN技术将是提高网络资源利用率的重要潜在手段。

1.无线传输技术

（1）大规模MIMO技术

MIMO技术所带来的好处主要有：大规模MIMO的空间分辨率与现有的相比已经得到了很大程度的加强。在这种情况下，它能够进一步地挖掘空间，对其维度进行把握，使得不同的用户能够在同一时间自由进行通信，从而能够不需要增加基站密度就可以实现频谱效率的提高。此外，在大规模的MIMO中可以将波束集中在很窄的区域内，从而能够大幅度地降低干扰，同时也能够提高功率。

目前，在对MIMO技术的研究中，仍旧发现了一些不足。例如，由于传输方案基本采用的是TDD系统，在这些系统中，所使用的基本上都是单天线，这就导致它的数量远远小于基站天线的数量，使得导频数量会随着用户的增加而不断增加。

（2）滤波器组的多载波技术

多载波技术在无线通信系统中有着非常广泛的运用，它能够有效提高频谱效率，对一些多径衰落现象进行对抗。但是我们能够看到，OFDM技术也存在着一些不足之处。例如，由于各子载波具有相同的带宽，因此在运行的过程中需要保持同步，各子载波必须保持正交现象，这在很大程度上严重影响到了使用的灵活性。为了更好地解决这一问题，因此采用了基于滤波器组的多载波技术。这一技术能够广泛用于雷达信号处理、信号处理等方面。基于滤波器组的多载波技术，它不再需要各载波之间进行正交，也不需要再进行插入循环前缀。它既能够实现各载波之间的带宽设置，同时也能够保证其灵活控制，从而对一些细小的零件进行控制。

（3）双全工技术

双全工通信技术是同时、同频进行双向通信的技术手段。现如今的无线通信系统中，被网络侧和终端侧中存在的固有发射信号对信号接收的信号的干扰，向线路是通过频率或者时间进行区分，同时、同频进行双向通信技术还不够完善，因此还不能实现同频且同时的双向通信。所以，现有的通信手段在无线资源上有非常大的浪费。因此，同频同时的全双工技术是5G移动通信技术的无线传输技术中一个重要的研究方向。全双工通信技术的优点在于可以减少无线资源的浪费，可实现更加灵活的频谱使用。全双工通信技术具有重要的研究意义，同时同频的双全工技术的发展将在5G移动通信中得到充分的发掘和完全的应用。

2.无线网络技术

（1）自组织网络技术

在传统的移动通信网络中，网络部署、运维等基本依靠人工的方式，需要投入大量的人力，给运营商带来巨大的运行成本.根据分析，各大运营商的运营成本基本上占各自收入的70%左右.并且，随着移动通信网络的发展，依靠人工的方式难以实现网络的优化.因此，为了解决网络部署、优化的复杂性问题，降低运维成本相对总收入的比例，使运营商能高效运营、维护网络，在满足客户需求的同时，自身也能够持续发展，由NGMN（nextgenerationmobilenetwork）联盟中的运营商主导，联合主要的设备制造商提出了自组织网络（SON）的概念.自组织网络的思路是在网络中引入自组织能力（网络智能化），包括自配置、自优化、自愈合等实现网络规划、部署、维护、优化和排障等各个环节的自动进行，最大限度地减少人工干预.目前，自组织网络成为新铺设网络的必备特性，逐渐进入商用，并展现出显著的优势。

尽管自组织网络技术可以自行实现自优化、自配置等服务，但在网络信息错杂的时代，还是无法同时进行自优化、自配置等。高频段传播技术的应用，不但提高了传输频率，还缩短了传输设备的大小，在正式的系统运营中减少了成本，使人们的运用更加的方便。

（2）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。

结语

综上所述，5G移动通信技术的发展已经成为了全球技术领域的发展趋势，预示着各个国家科技技术发展的竞争力。及早的开展对5G移动通信技术的研发，在移动通信领域占据领先位置，已成为我国移动通信技术与未来发展的重任务。

参考文献：

[1]杨帆等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术.[J].中国科学信息技术.2017.11

[2]蔡志猛.未来移动通信技术发展趋势与展望.[M].电信技术.2016.11

[3]吴强.5G移动通信发展趋势与关键技术分析[J].教育教学论坛，2016，11