淺談5G移動通信

欒文濤

【摘 要】4G應用方興未艾，5G戰場硝煙已起。在中國通信運營商大力推廣4G的當口，日前，有消息稱，華為已投入6億美元資金用于5G技術的研發，意在搶占行業制高點。國外通信巨頭愛立信等企業也不甘示弱，紛紛在技術研發及專利布局上展開較量，著力于打造統一的行業標準。

【關鍵詞】5G移動通信 5G的關鍵技術 5G的應用等

1 引言

從僅能實現語音通話的AMPS（1G）；保密性強、頻譜利用率較高、提供多種業務、針對語音通話設計的GSM（2G）；通過引入分組無線服務實現更多業務的服務的GPRS（2.5G）；語音業務為主的多媒體數據通信從而實現全球無線大面積覆蓋的WCDMA、cdma2000、TD-SDMA（3G）；高速高分辨率并且服務資費更低IMT-Advanced（4G）；到應用范圍更廣，安全性極高，速度極快的5G移動通信的過程是一個不斷演變的過程，它們同時存在。移動通信的數據傳輸速率更是發生了從2G的20-200Kb/s到5G的150M/s的驚天變化。

2 5G移動技術概述

5G是第五代移動通信技術的簡稱，與以往的四代移動通信技術不同的是5G并不是獨立存在的，也不是全新的無線接入技術，而是在前4代的基礎上增加一些無線接入技術而形成的，并實現與2G、3G、4G網絡的共存。簡而言之，5G是一個真正的融合網絡。

據預測，在2020年的數據流量需求將比2010年的增長至少一千倍。所以更需要一個與其相適應的移動通信技術，5G通信技術便應運而生。2015.2國際電信聯盟正式啟動研究5G標準的工作，預計會在2020年左右完成標準的制定。全球有望公用一個5G標準，這會是一個跨時代的壯舉。

3 5G的優勢在哪？

雖然4G網絡在數據信息處理和傳輸速度上基本上達到了理想狀態，但是還是有一定的差距的，5G在這方面體現出更大的優勢。

（1）容量：5G通信技術將比4G通信技術實現在單位面積內移動數據流量增長1000倍。 （2）傳輸速率：5G通信的峰值傳輸速率將到達10Gbps，4G為100Mbps左右，也就意味著大部分用戶的數據速率提升10到100倍，端到端的時延也將縮短5倍。（3）可接入性：低功率、低功耗MMC的電池持續時間延長10倍，更有利于低能環保。（4）技術融合：高頻譜資源會更多的應用于5G移動通信技術，高頻段的無線電波受到穿透能力的限制，無線與有線技術的融合、光載無線組網等技術會被更多的應用于5G通信。（5）統一標準：5G有望使全球共用一個標準，4G雖然開啟了移動通信標準的融合，但是在TD-LTE和FDD-LTE之間競爭。

4 5G移動通信的關鍵技術

4.1高頻段傳輸

以往四代移動通信的傳統工作頻段主要集中在3GHz以下，這就造成這段頻譜十分的擁擠，而高頻段尚未得到開發，高頻段（如毫米波頻段）的可用頻譜資源十分的豐富，如果高頻段的頻譜得到開發那么就會有效的緩解低頻段頻譜擁擠的問題，可以更快速的短距離通信，可以支持5G通信技術在容量和傳輸速率上的巨大需求。

高頻段的開發是未來的發展趨勢，大量的可用帶寬、小型的天線和機器設備、較高的天線增益是發展高頻段移動通信的優點。但是高頻段傳輸也有缺點，列如傳輸的距離短、繞射和穿透的能力差、天氣影響較大，這些問題都有待進一步的解決。

4.2 新型多天線傳輸技術

多天線技術經歷從無源到有源，從2D（二維）到3D（三維），從MIMO到大規模的陣列發展，可以使頻譜效率大大提高。

有源天線陣列的引入使協作基站的天線數量達到128根。此外，2維的天線陣列將發展成三維天線陣列，支持多用戶智能膩型，減少用戶之間的干擾，結合高頻段通信技術進一步改善無線信號對用戶覆蓋性能。

4.3 同時同頻全雙工技術

由于技術條件的限制，在現有的無線通信系統中還不可以實現同時同頻的全雙工通信，雙向鏈路包括TDD和FDD倆種，二者并不兼容，因此在理論上浪費了一半的資源。

最近幾年同時同頻全雙工技術得到了重視，利用這項技術可以實現在同一頻譜上收發雙方同時接收和發射信號，可以提高頻譜的利用率。

全雙工技術仍存在許多問題，比如自干擾嚴重等問題，這些問題仍然需要進一步的解決，從而使全雙工技術得到更好的應用。

4.4 D2D技術

D2D技術是允許終端和終端之間通過復用小區資源來進行直接通信的新型技術，D2D技術能夠實現較高的數據傳輸速率、較低的時延和低功耗、增加蜂窩通信的頻譜效率、降低發射功率、高質量的通信還能改善頻譜資源短缺的問題。

4.5 新型網絡架構

5G可能采用C-RAN接入網架構，C-RAN是基于實時云計算、集中化處理和協作式無線電的無線接入網架構。C-RAN架構能搞削減干擾、降低功耗、提升頻譜利用率，同時集中處理有利于維護從而減少運營成本。

4.6 密集和超密集組網技術

5G朝著寬帶化、綜合化、智能化、多元化的方向發展。隨著各種智能終端的大量普及，數據流量的需求便會與日俱增。未來的數據服務業務會主要集中在室內，這就要求有密集和超密集的組網技術才能與之相匹配。密集和超密集組網技術能夠大幅度的提升系統容量，改善覆蓋問題，對數據業務進行粉瘤，提高頻譜的復用率。

5 5G的發展現狀

5.1 國外的發展狀況

（1）韓國三星：韓國三星公司宣布稱其在5G通信技術上取得了突破性的進展，可在一秒鐘之內下載一部影片。（2）歐盟：歐盟成立METIS并投資2700萬歐元進行5G通信技術的研究。（3）英國：英國薩里大學的5G研究中心打破韓國三星7.5GB每秒的無線傳輸速率的記錄，一秒鐘可下載30部高清影片。

5.2 我國5G通信技術的發展現狀

在過去的十幾年里我國都積極的推進3G和4G通信技術的研究，當然在5G研究上不會扯后腿。在13年初在政府部門的大力支持下，我國成立了5G研究小組，爭取在2020年可以使用，擴大我國在通信技術領域的國際影響力。

6 結語

根據移動通信技術的發展規律，5G通信技術將會在2020年使用，5G的主要目的是為了適應飛快發展的互聯網還有巨大的數據業務需求。如果5G研制成功，全球有望共用一個標準，與前四代移動通信技術兼容，是一個真正融合網絡，5G將是一個跨時代的壯舉。

參考文獻：

[1]陶小峰.《4G/B4G關鍵技術及系統》.

[2]李建東.《移動通信》.