淺析5G移動通信關鍵技術

王波　梅曉莉

摘 要：網絡正以超乎我們想象的速度向前發展著，當人們剛剛享受4G網絡帶給我們便利的時候，5G正在實驗室里孕育，相信不久的將來，5G會為我們帶來更大的沖擊。現在5G的很多關鍵技術還沒有定論，本文分析了可能在未來5G中應用的幾種關鍵技術。

關鍵詞：5G；關鍵技術

1 5G的概念

和之前的幾代移動通信系統相比較，5G不僅僅具有更高的速率，更大的帶寬、更強能力的空中接口技術，而是面向業務應用和用戶體驗的智能網絡。大唐電信白皮書認為，5G移動寬帶系統將成為面向2020年以后人類信息社會需求的無線移動通信系統，它是一個多業務多技術融合的網絡，通過技術的演進和創新，滿足未來包含廣泛數據和連接的各種業務的快速發展需要，提升用戶體驗。

2 5G的關鍵能力

IMT-2020（5G） 推進組《5G愿景與需求白皮書》中提出5G需要具備比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用戶體驗速率，每平方公里一百萬的連接數密度，毫秒級的端到端時延，每平方公里數十Tbps的流量密度，每小時500Km以上的移動性和數十Gbps的峰值速率。其中，用戶體驗速率、連接數密度和時延為5G最基本的三個性能指標。同時，5G還需要大幅提高網絡部署和運營的效率，相比4G，頻譜效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

3 5G的關鍵技術

為了能夠提升5G的業務支撐能力，5G在無線傳輸技術和網絡技術采用了很多先進的技術。

3.1 非正交多址接入（NOMA）

我們知道3G采用直接序列碼分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技術，手機接收端使用Rake接收器，由于其非正交特性，就得使用快速功率控制（Fast transmission power control ，TPC）來解決手機和小區之間的遠-近問題。

而4G網絡則采用正交頻分多址（OFDM）技術，OFDM不但可以克服多徑干擾問題，而且和MIMO技術配合，極大的提高了數據速率。由于多用戶正交，手機和小區之間就不存在遠-近問題，快速功率控制就被舍棄，而采用AMC（自適應編碼）的方法來實現鏈路自適應。

NOMA希望實現的是，重拾3G時代的非正交多用戶復用原理，并將之融合于現在的4G OFDM技術之中。從2G，3G到4G，多用戶復用技術無非就是在時域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎上增加了一個維度——功率域。新增這個功率域的目的是，利用每個用戶不同的路徑損耗來實現多用戶復用。NOMA的基本思想是在發送端采用非正交傳輸，主動引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除（SIC）實現正確解調。雖然采用SIC接收機會提高設計接收機的復雜度，但是可以很好地提高頻譜效率，NOMA的本質即為通過提高接收機的復雜度來換取良好的頻譜效率。

3.2 大規模MIMO技術

在無線通信系統中，在發射機和/或接收機上使用多個天線開辟了一個新的維度空間。如果能夠正確利用這一技術，可以極大地提高性能，它現在被廣泛地稱為MIMO。MIMO技術已經廣泛應用于WIFI、LTE等。理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。它可以成倍提升無線頻譜效率，增強網絡覆蓋和系統容量，幫助運營商最大限度利用已有站址和頻譜資源。

但目前由于多天線所占空間、實現復雜度等技術條件的限制，目前的無線通信系統中，收發端的天線數量都不多。不過大規模MIMO在容量上的巨大潛力，吸引著越來越多的研究者的關注。相信不久的將來，大規模MIMO技術定會為5G移動通信系統的大容量做出巨大貢獻。

3.3 超密度異構網絡

超密度異構網絡是指在宏蜂窩網絡層中布放大量微蜂窩微微蜂窩、毫微微蜂窩等接入點，來滿足數據容量增長要求。超密度異構網絡的思想是在宏站的覆蓋區域內，部署各類低功率的節點，由于小區半徑的縮小從而頻譜資源的空間復用帶來頻譜效率的提升。在超密度異構網絡中，網絡節點與終端的距離更近，從而帶來功率效率和頻譜效率的雙重提升，以及業務在各種不同接入方式和覆蓋層次的靈活轉換。

3.4 多技術載波聚合

載波聚合技術簡單地說，它可以將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時也可以把一些不連續的頻譜碎片聚合到一起，能很好地滿足頻譜兼容性的要求。載波聚合后最直觀的好處就是傳輸速度的大幅度提升，以及延遲的降低，這些都得益于更寬的頻譜。打個比方，載波聚合就好比“黏合劑”，將零散的頻譜粘在一起，提供更快速率。同時，載波聚合還能有效改善網絡質量，提升吞吐量，使網絡負載更加均衡，尤其是在負載較重的時候效果會更明顯。

未來5G必然需要包容多種無線接入技術，如4G、LTE、3G、wifi等，他們所使用的頻譜各有不同，那么如何能夠使各種頻譜融合到5G網絡，多技術載波聚合提供了解決方法。最終多技術載波聚合技術與超密度異構網絡一起，終將實現萬物之間的無縫連接。

4 總結

雖然關于5G的技術標準還沒有制定， 最終哪些將成為5G中的關鍵技術還是未知數。但是本文所列舉出來的幾種關鍵技術所展現的巨大潛力，終將在未來有用武之地。

參考文獻

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[2] 夏威 劉冰華. 5G概述及關鍵技術簡介.電腦與電信.2014年第8期

[3] 大唐電信. 5G白皮書.

[4] 彭景樂.5G移動通信發展趨勢與相關關鍵技術的探討.中國新通信.2014年第20期

作者簡介

王波，本科，講師，研究方向：無線通信、計算機網絡。

梅曉莉，碩士，講師，研究方向：樓宇智能化。