5G移動通信發展趨勢與關鍵技術研究

【摘要】：5G移動通信將是未來移動行業的趨勢和目標，這是因為5G移動通信將會擁有更先進的設計理念，大大提升移動通信的性能，達到降低能耗和運營成本的目的。作為移動通信的風向標，5G移動通信的發展趨勢主要表現在大幅度提高資源利用率、系統的吞吐率等方面，而保障其順利發展的關鍵技術在于大規模多輸入多輸出、D2D、超密集網絡技術，以及同時同頻全雙工技術等。

【關鍵詞】：5G 移動通信;發展趨勢;關鍵技術

引言

移動通信的發展與科學技術的發展是分不開的。隨著科技的進步，移動通信也在迅速更新，從2G到4G，也僅僅用了幾年的時間。以此速度，5G移動通信也會在不久的將來流行開來。5G是第五代移動通信技術的簡稱，是基于第四代移動通訊技術基礎上發展而來的。2013年，METIS項目順利啟動，我國參與5G技術推動工作，5G技術也作為重要的國家計劃被列入“863”計劃。盡管5G移動通信技術還尚未正式出臺官方標準，也沒有電信公司或政府部門對此作出規范準則，但是，就目前的形式來看，5G移動通信技術一定會迅速流行開來。

一、5G移動通信技術發展的特點

5G移動通信技術相對于之前的移動通信技術來說，需要更高的頻譜利用率，更先進的設計理念，隨之帶來的是通信系統性能的提高，以及能耗和運營成本的大大降低。

1.1先進的設計理念

傳統移動通信設計理念主要是用于人際溝通，電話、短信、E-mail等工具性能較強。但是隨著定位的更加精準化，5G移動通信技術更注重室內無線網絡的覆蓋，主要包括辦公室和家庭中，這就要求小區域范圍內的網絡設計理念要更加強化。

1.2通信系統性能大大提高

之前的移動通信系統，關鍵目標在于點對點的物理傳播，以及信息編譯碼的呈現形式。隨著5G移動通信技術即將來臨，它更傾向于廣泛形式的多對多、多用戶，以及小范圍的團體合作，組建局部網絡。將重點放在優化通信系統性能方面，以更人性化的技術為用戶服務。

1.3低能耗和低運營成本

5G移動通信技術可以說是更加智能化，也就是說，這時期的移動通信技術更加注重“軟性配置”，即網絡資源是運營商根據動態變化的流量而做出反應。這種低成本的運營方式，可以實時監控流量使用，并盡可能的降低不必要的能耗，保證用戶的實用性。

二、5G移動通信發展趨勢

互聯網時代的到來，以及我國大力提倡“互聯網+”戰略，為即將飛速發展的5G移動通信提供了動力。4G移動互聯網的飛速發展會成為未來移動通信的基礎，但是要在這一基礎上做出更高的質量保證。5G移動通信技術最主要的目標是適應移動互聯網的快速發展，以“內容+形式”的創新更好的服務于當下社會。就目前的發展趨勢推測，5G移動通信技術在將來會做出重大的改變。

2.1大幅度提高資源利用率

我國通信業目前面臨的問題之一是資源利用率很低，無效資源占據較大空間，這就導致資源消耗大，移動通信發展的成本較高。而5G移動通信技術的到來，將關注的焦點放在大幅度提高資源利用率上，若是能夠攻克核心技術，那么5G移動通信技術的資源利用率會比4G移動通信技術高出大概10倍左右。

2.2大幅度提高系統的吞吐率

系統吞吐率指的是單位時間內通過信道成功交付數據的平均速率，一般以bit/s計算。吞吐率很大程度上代表一個系統的測試性能。3G或4G時代，由于受到各種低效率軟件的影響，因此，即使是10bit的線路，吞吐率可能只有1/5。5G移動通信技術也會大大增強移動通訊的吞吐率，強化新體系的構建和智能化能力的提升，爭取達到帶寬等于吞吐率的效果。

2.3大幅度拓寬頻率資源

移動通信頻率知識的載波所在的頻率范圍，與移動通信運營公司是分不開的。在我國，中國移動、中國電信、中國聯通的頻率各不相同，常見的大概有1800MHz～1900MHz。隨著移動通信技術的快速發展，移動通信的頻率需要得到拓寬，盡管頻段高會降低穿透力，但隨著通信技術的大力發展，這一難題也會得到某種程度的克服，5G移動通信技術完全可以在高頻段使用。

三、5G移動通信發展的關鍵技術

從2G技術、3G技術到4G技術的發展，可以看出，技術本身也呈現一種相對復雜性，以此來看，5G技術的技術復雜性會更強，并且在關鍵技術的應用方面存在較高的難度系數。因此，知曉關鍵技術，并把主要的精力用于關鍵技術的攻克和發展才是最重要的。

3.1大規模多輸入多輸出技術

多輸入多輸出技術英文為“Multi-input Multi-output”，簡稱為“MIMO技術”。大規模MIMO技術實際上是MIMO技術的升級版，原理是發射基站的多個無線通信系統獨立發送信號，又同時接收多個天線信號，并能夠復原信息的技術。傳統的通信方式主要是通過基站與手機之間單天線的電磁傳播進行的，而大規模天線陣列是基于多用戶波束成形的原理，也就是基站擁有多根天線，可以自動調節以找到最佳的相位，達到最好的接收效果，最終達到提高接收信號強度的目的。大規模MIMO技術有很多優勢，最重要的是能夠適應5G移動通信的趨勢，大大提高無線信息的傳輸距離和接收范圍，對于用戶來說，這是絕佳的上網體驗。

3.2 D2D技術的應用

D2D技術是英文Device-to-Device的簡稱，官方說法是蜂窩通信。在傳統的網絡通信中，用戶之間的直接通信是不被允許的，因為這種技術對于頻譜的利用率較低。但是，隨著5G通信技術的廣泛應用，需要不斷提升無線通信的性能，以及提升用戶好感度、舒適度，蜂窩通信應用正好順應了這一趨勢，獲得推廣應用。

D2D技術在我國應用時間已經8年左右，發展速度很快，華為、小米等通信公司也獲得了相關的專利授權。如今，D2D技術已經成為面向5G的關鍵技術，發展前景也受到官方的關注，相信不久的將來，D2D技術將在移動互聯網的應用中發揮重要的作用。

3.3超密集網絡技術

5G移動通信技術的未來應用，應該是多元化、智能化的。隨著電子設備的無限普及，數據流量的使用也會呈現直線上升的趨勢。因此，超密集的網絡技術成為局部網主力的主要手段，這包括無線傳輸的站點的增加，無線傳輸站點距離縮小。超密集網絡技術不僅能夠大大改善網絡覆蓋的大環境，減輕網絡的干擾度，更能夠集中高效的進行頻率復用。

3.4同時同頻全雙工技術

同時同頻全雙工技術是5G移動通信發展的關鍵技術之一，主要是讓發射機和接收機同時工作，高效利用所占用的頻率資源。3G或者4G的設備發射和接收頻率是分時模式和分頻模式，主要是為了避免發射信號對其他時間段的干預，但這大大降低了設備的使用效率。5G移動通信時代，將分時分頻模式改為同時同頻的全雙工技術，需要克服其他頻率的干擾，以及數字干擾的問題，利用技術手段改變上下行的頻率和時間，能夠極大提高系統的吞吐量。運用得當，同時同頻全雙工技術將會在5G移動通信中發揮重要的作用。

結語

2020年以后，5G移動通信技術將會商業化，那時候，一分鐘下載一部高清電影必將成為現實。為了適應當下的趨勢，一些有預見性的通信公司紛紛開始推進移動網絡的大力發展。這不僅能夠促進未來移動互聯網的經濟效益，切割市場蛋糕，而且能夠滿足用戶對未來移動互聯網業務的需求度，并且給用戶帶來全新的體驗。不過，目前來看，5G移動通信技術還處于起步發展階段，相關政策發布和關鍵技術研究還處于探索階段，相信近幾年時間里，5G移動通信將會引領移動通信界的新變革。

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