4G和5G技術發展研究

李冰冰

摘要：隨著科學技術的迅猛發展，移動通信技術發生了深刻變革。曾經廣泛使用的移動3G技術將慢慢淡出人們的視野，隨之而來的是4G和5G技術的研發和廣泛使用。文章對目前熱門的4G和5G關鍵技術進行了論述。

關鍵詞：4G；5G；移動通信技術；移動通信工具；手機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2015）34-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.001

手機是我們最常用的電器設備，與我們的生活息息相關，因此通訊行業的技術進步與我們的關系最為密切。隨著科學技術的迅猛發展，移動通信技術不斷變革，如今通訊技術發展可謂日新月異，從2G和3G，到4G和5G，移動通訊技術不斷創新發展。2013年12月，國家準許4G進入市場，第四代移動通信4G技術正式登場，而此時，在技術發達國家，代表更新更快的新一代移動通信第五代移動通信系統（5G）的研發早已經競相開展。4G和5G技術相繼走入人們的視野。那么4G和5G到底有哪些技術呢？

4G是第四代移動通信技術的簡稱，相比上一代3G技術，其傳輸速率快、傳輸質量高，而成本卻大大降低。4G在技術方面主要采用了多址方案、智能天線技術、軟件無線電技術等。下面詳細介紹一下4G關鍵技術的特點。4G采用多址方案的正交頻分復用技術，其主要思想是劃分信道提高利用率。將原有信道進行拆分，拆分后子載波分別傳輸，并行到達。信號傳出信道路途相對平坦，但帶寬較小。這樣信號抗干擾能力加強，但帶來了系統的復雜性。智能天線技術是波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線，可以抑制信號干擾、自動跟蹤和調節數字波束。根據信號波根據發射方向做出自我調節，對相對同步的信號動態區分。自我調節信號到達的區域，而想要到達的波束方向不變，附帶干擾波束不影響主波。應用數字信號處理技術，產生空間定向波束，信號的干擾是每一代通信系統著力解決的問題。每一項技術的研發都離不開降噪。智能天線是目前應用中比較理想的降噪方法，并且使系統的容量大大提高，降噪的同時保證了信號質量，擴大了覆蓋區域，同時降低了建設成本。軟件無線電是采用數字信號處理技術，通過軟件代替硬件來完成相應的功能，也就是用軟件來實現物理層鏈接的無線通訊方式。其主要是用寬帶無線接收機代替原來的窄帶接收機，把數字模擬轉化器放在天線周圍使用，用軟件完成信號規則設置。軟件無線電技術系統的結構可以通用，功能實現靈活，方便升級，系統抗干擾進一步加強，滿足不同類型的網絡和接口。4G系統與其他系統的聯通并無障礙，連接便利。獨立完成信號接入。能獨立完成點到點的所有IP業務，能與核心網互聯互通。這一開放結構帶來了很大便利，原本需要轉換接口的技術支持和設備準備無需再用，而各項功能也逐一實現，彼此完成。獨立的IP技術使原本相互依存的無線接入方式和物理層彼此獨立。IP核心網與多種無線接入協議相兼容，在設計核心網絡時不必考慮采用哪種方式和協議，接入都非常靈活。除此之外，4G系統對接收機的性能要求很高。

目前4G已經進入密集的推廣應用階段，大部分手機也開始支持4G網絡，我們都能體驗到4G網速的提高。而隨著科技的發展和未來需求的膨脹，5G早已進入如火如荼的研發階段。4G時代必然會向技術更新速度更快的5G市場走去。未來5G將能帶來更快的手機上網體驗和更豐富的手機應用，比如通過手機遙控家用電器甚至汽車，實現萬物互聯。通訊行業，5G未來也意味著技術標準主導權和專利話語權的爭奪。每一代通信網絡都會形成一批以專利為代表的知識產權成果，參與其中的廠商占比的多少會影響著它們在未來數年從行業獲取的利潤的多少。華為在4G技術中的知識產權占比達到25%，5G有望實現更多專利。新一代通信技術的應用和普及還會帶來新一輪的投資熱潮。從技術層面來看，5G不是一次革命，5G是4G的延續，5G在核心網部分不會有太大的變動，其關鍵技術集中在無線部分。目前還沒有定論究竟會采用何種技術，現將目前使用的若干技術進行簡述。

5G不再戀戰低頻段轉而投向空間廣闊的高頻領域，使得頻譜資源豐富起來，比如厘米波段和毫米波段的資源都能使用。頻譜領域的打開拓展了技術的設計和功能研發的空間，并且加快了短距離通信速度。新型天線技術也是5G探索的技術。新型多天線技術早在前幾代通訊技術時代也有過考量，無源技術和有源技術都有過研發和實踐，也積累了豐富的經驗，包括二維技術和后來的三維技術支持。隨著科技的發展，將在頻譜效率提升上大做文章，我們期待速率實現更大的突破。前幾代通訊技術一直采用的組網方式是蜂窩通信系統，把基站作為中心覆蓋小區。而基站是無法移動的，結構不靈活，5G可能不再使用類似的基站。

5G也在探索一種全雙工技術。在同一信號上，通信的發射方和接收方同時發送和接收信號，同時開工，使效率加倍。5G技術將會更加多元、更加綜合、更加智能，以滿足未來數據流量的無數倍增長。C-RAN接入網架構，能夠接入集中處理和實時云計算功能，也是未來主要使用的技術之一。目前主要的研究內容包括C-RAN的架構和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協作。類似基站簇、虛擬小區的思想也在此技術下進行研發。通訊工具在近幾十年悄然改變我們的生活，與我們的工作和生活的聯系越來越密切，從發送消息的傳呼機到手機通訊，從使用手機打電話、發短消息再到使用手機玩游戲、看視頻、上網辦公的智能機器，越來越多的功能將運用到手機中，手機將成為我們的全體設備遙控指揮中心。手機給我們的生活帶來很大便利，很多行業制作了客戶端供手機用戶使用，可以通過手機瀏覽網絡、在線購物、在線學習、銀行交易、手機導航、手機查詢等。手機客戶端的使用非常便利，受到用戶的青睞，將來手機功能的需求會越來越大，那么手機承載了如此多的功能，通訊網絡的速率支持，質量支持也是大大考驗著5G的研發人員，究竟要帶給我們什么樣的5G未來。因此，所有的技術無一例外地支持速率、支持降噪、支持安全。使用D2D實現直接通信，新型的網絡架構都是目前5G研發的熱點。

盡管此時5G技術尚沒有最終的標準，但當我們剛剛升級使用到4G網絡的時候，世界上很多國家早已投入到5G的戰斗中來，大部分國家和企業都投入了大量資金到5G技術的研發中，爭分奪秒地搶奪未來制定5G規則的話語權。5G并不是某一種技術的進步，也不是哪一個新技術的應用。5G是3G和4G的融合發展，將實現前幾代網絡的共存發展，是一個完全的融合網絡，前期鋪蓋的基礎設施完全可以繼續使用。實現5G是未來通信技術的發展趨勢。5G將通過更高的頻譜效率、更多的頻譜資源以及更密集的小區部署等共同滿足移動業務流量增長的需求。未來5G究竟如何發展，我國通訊技術的發展和專利占比能否達到一個新的高度，讓我們共同期待。

參考文獻

[1] 尤肖虎.5G移動通信發展趨勢與若干關鍵技術[J].中國科學，2014，（5）.

[2] 張獻英.第四代移動通信技術淺析[J].數字通信世界，2011，（6）.

（責任編輯：周 瓊）