5G移动通信技术与未来发展展望

5G移动通信技术与未来发展展望

吕涛

（中国联合网络通信有限公司清苑区分公司河北保定071000）

摘要：我国对5G通信今后的发展与研究投入了很大的热情与关注，IMT-2020(5G)推进组在国家的支持下规划了有关于5G研发试验的各个阶段并准备于2016年开始实行5G关键技术(毫米波通信、大规模MI-MO、D2D通信技术等)的实施。众所周知，移动通信网络技术发展至今，2G、3G和4G，每一代都有一个十年的发展周期。尽管移动通信技术经过了30年的发展与更新，比起第一代移动通信系统，其数据传输速率已经大大提高，可是目前在这个数据传输大爆炸的21世纪，移动通信服务仍然面临着巨大挑战。将来5G的系统将会是一个满足数据传输率增加1000倍，同时更加智能化、有更大的资源利用率、拥有更高的能效以及更快的传输速率的系统。

关键字：移动通信，5G，关键技术

一、5G技术的概念

第五代移动通信系统(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。5G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是第五代移动电话行动通信标准的外文缩写，作为最新一代通信网络技术的升级版，在4G网络技术的基础上，覆盖性和安全性得到了进一步的提升和保障。不仅解决了4G网络中存在的问题，而且在很大程度上满足了社会进步的需求，这对我国未来移动通信网络来说在技术上是一次重大的改革突破。

二、5G技术的发展历程

自2000年5G提出后，到2012年，5G就开始受到世界各国的通信网络有关行业的关注以及密切研究。

在国外，2012年初WRC-12上ITU通过了4G标准之后，通信业界开始研究5G。世界各国成立了专门组织推进5G研究，争抢新一轮技术和标准的影响力和制高点。例如，欧盟启动了METIS、5GNOW等多个5G预研项目，并成立了5GPPP；韩国成立了5GForum等；美国和日本也启动了5G研究。《IEEECommunicationsMagazine》在2014年2月和5月出版了两期关于5G的技术专题。2015年日本的5GMF也宣布开始正式对5G的户外承载能力展开测试；同年，英国电信运营商也对5G网络进行了100米内的传送数据的测试;2015年9月，美国移动运营商Verzion宣布其已成功做到了每秒高达3.7G的数据传输速率，并且决定经过16年的测试以及完善后，于2017年正式开始5G的商业运营。国际电信联盟(ITU)于2015年6月正式确定了第五代IMT的名称、愿景以及时间表，这同时也表明了国际上正式承认了有关于第五代移动通信技术的研发，并致力于规范5G的标准。目前，5G通信的核心技术已经被成功开发，预计在2020年以后即可正式商用。

在我国，早在2009年华为公司就提出了5G技术未来的发展愿景，并且对其进行了先期研究。2013年2月，我国由工业和信息化部、科技部、国家发展和改革委员等发起成立IMT-2020(5G)推进组，目标是在“3G突破、4G同步”的基础上，实现“5G引领”全球。为配合该目标，国家“863”计划、国家重大科技专项及地方政府等分别设置了5G相关研究课题。IMT-2020(5G)推进组前期完成了5G的需求、概念、无线技术和网络技术的分析，且有多项成果输入ITU。经过几年的不断探索，华为于2016年4月已宣布在成都完成了IMT-20205G技术推进组第一阶段关键空口技术验证以及性能测试，其结果完全符合预期。2016年5月31日，为了引导全球5G标准技术的统一意见，由中国5G推进组联合欧盟5GPPP、日本5GMF、韩国5G论坛等在北京召开了第一届以“构建5G技术生态”为主题的大会。在会议中与欧美日韩等国家建立了5G合作机制，为积极推进5G发展做出了巨大的贡献。

纵观国内外有关于5G的发展趋势，2020年5G的遍布全球已是势在必行，而谁能在未来的竞争市场中占得先机，谁就能影响未来的移动通信走向。

三、5G技术的特点及未来展望

5G是移动通信从1G到4G主要以人与人通信为主，跨越到人与物、物与物通信的时代。3G和4G技术主要聚焦在移动宽带应用场景，提供增强的系统容量和更高的数据速率。在未来5G时代将继续聚焦于此，并由像视频这样的业务驱动容量和数据速率。目前，5G技术的研究已经达到了第一阶段，即实现了技术研究的突破，对于5G通信的关键核心技术各国都已经有了相应的定义。ITU于2015年6月也已正式定义了关于5G的标准。

5G是万物互联和连接场景的时代。从业务和应用的角度，5G具有三大特点：大数据、海量连接和场景体验，满足未来更广泛的数据和连接业务需要，提升用户体验。数据和连接是信息社会的时代特征。全球化将进入一个新纪元，一个由数据和连接传递信息、思想和创新的全新时代，5G将应时而生。

5G的云化趋势包括：基带处理能力的云架构的RAN，即C-RAN、采用移动边缘内容与计算（mobileedgecontentandcomputing，MECC）、终端云化。C-RAN是将多个基带处理单元（basebandunit，BBU）集中起来，通过大规模的基带处理池为成百上千个远端射频单元（remoteradiounit，RRH）服务。此时，基带处理能力是云化的虚拟资源。逻辑集中的控制增加了系统的灵活性，方便升级。C-RAN减少了基站机房数量，可以大幅度降低建设和运维成本，同时还能大幅度降低能耗。但存在的问题与挑战是BBU与RRU间的前传（fronthaul）带宽开销大（以LTE为例，3个扇区的单个小区的带宽就在16Gbit/s左右）以及引起的额外时延问题。5G将采用MECC，即在靠近移动用户的位置上提供IT服务环境和云计算能力，使应用、服务和内容部署在分布式移动环境中，针对资源密集的应用（如图像、视频、制图等），将计算和存储卸载到无线接入网，从而降低了对通信带宽的开销，并提高了实时性。5G的终端云化，随着集成电路技术的进步，未来移动终端能力和资源（包括计算、存储、传感等）将得到大幅提升，也可以实现本地资源共享和云化，特别是在社交网络应用中。

从1G到4G都是基于传统的蜂窝系统，即形状是基本规则（六边形）的蜂窝小区组网，且是一个干扰受限系统。目前，密集高层办公楼宇、住宅和场馆等城市热点区域承载了70%以上的无线分组数据业务。为了解决容量和干扰问题，新技术不断引入，如分布式天线、多输入多输出（MIMO）、多用户检测、基站间协作（CoMP）和中继等。而热点区域的家庭基站、无线中继站、小小区基站和分布式天线等（统称异构基站）大多数呈非规则、无定形部署特性和层叠覆盖，形成了异构分层无线网络。结合虚拟网络运营商(virtualnetworkoperator,VNO)需求，产生了虚拟接入网（virtualRAN,VRAN）与虚拟小区的概念。VRAN就是可以在一个物理设备上按需产生多个RAN实例，5G提供了RAN即服务(RAN-as-a-service，RANaaS)。可见，传统单层规则的蜂窝小区概念已不存在，移动通信首次出现了去蜂窝的趋势，5G将是蜂窝结构变革的一代。

四、结语

尽管5G的标准还未真正形成，但是作为移动通信工作者，应该跟随通信方面的大方向，在2020年5G正式进入公众视野之前便对其有一定的了解。5G的概述以及国内外有关于5G的研究现状，同时也对5G的关键技术及我国目前对于这些技术的研究进展做了一定的叙述，同时也对未来5G可能应用的领域以及发展方向做了一定的畅想。5G一定会依据其高速率低功耗以及稳定性占据全球的通信方式，因此，应全力推动有关于5G相关技术的发展并对其今后的推广与实行进行更深入的研究。

参考文献：

［1］余莉，张治中，程方等．第五代移动通信网络系架构机器关键技术［J］．重庆邮电大学学报，2016，26(4):427－433．

［2］方汝仪．5g移动通信网络关键技术及分析．信息技术2017(1)，142-145．

作者简介：

吕涛,男,1977年5月6日生，河北省保定人，本科学历，中国联合网络通信有限公司清苑区分公司，工程师（移动通信）