淺析5G移動通信的發展趨勢

喻尚 尹彥豪 柯鳳儀 李澤祥

摘 要：現在我國正在大力推廣4G通信，4G移動通信技術已經十分成熟了。很多國家2013年就開始進行5G的研究了。5G技術現在正處于探索階段，它是2020年后應用的新一代通信系統。本文根據我國移動通信發展的趨勢，分析了5G的特點、技術要求還有發展趨勢。

關鍵詞：5G；探索；發展趨勢；技術特點

一、5G的概述與發展趨勢

5G，也就是第五代移動通信系統，是為了滿足2020年后人們對移動通信的需求而提出的。根據以往的移動通信發展規律，5G跟4G相比，頻譜利用率和能效將更高，資源利用率和傳輸速率將比4G提高一個量級，系統安全、傳輸時延、用戶體驗和無線覆蓋等都將顯著改善。5G通信將構成一個無所不在的通信網絡，滿足未來流量增加1000倍的需求。未來的5G系統將具有更加智能化，可以網絡自感知、自調整等特點。

隨著移動通信技術的快速發展，世界大部分地區已經進入移動互聯時代，4G技術已經成熟，各大運營商已經開始大力4G推廣。高科技，總是未雨綢繆的，2013年開始，世界范圍內開始進行5G的探索，2014年，很多國家把新一代通信系統的研發提升到國家戰略高度。2013年年初，歐盟啟動了METIS （mobile and wireless communications enablers for the 2020 information society）項目，正式開始5G的研發，該項目由包括華為在內的29個參與方共同研發。韓國成立了5G技術論壇。我國在2013年6月和2014年3月啟動了5G的一期、二期課題，這兩個課題都屬于國家的863計劃。各個國家希望在2015年世界無線電大會前后就5G的頻段、關鍵技術指標、應用需求和發展愿景達成共識，目前正就這些問題進行廣泛的研討。有望在2016年啟動5G技術的標準化進程。

之所以各個國家都十分重視，因為移動互聯網已經深深影響著人們的生活，未來將成為很多新興業務的基礎性業務平臺，現在很多互聯網業務也會慢慢的轉移到移動端，以更簡單方便的方式提供用戶。隨著云計算及后臺服務的廣泛應用，對移動通信系統的傳輸質量和容量提出了更高的要求。5G就是與其他的無線通信技術密切銜接，為高速發展的移動互聯網提供基礎服務。專業的人士估計，5G將在三個維度上進行網絡業務能力提升：

（1）通過新技術，資源利用率要比4G至少提升10倍。

（2）利用新的體系結構，使得整個系統吞吐率提高25倍。

（3）開發高頻段、毫米波和可見光等頻率資源，使得頻率資源擴大4倍左右。

信息技術現在正處于變革時期，日新月異，5G技術將會有如下特點：

（1）移動互聯網更注重的就是用戶體驗了，5G通信系統在技術創新的同時，將更加注重對虛擬現實、傳輸時延、交互游戲、3D等業務的支持。這些也是運營商抓住用戶的關鍵，是衡量5G系統性能的關鍵指標。

（2）5G通信將突破傳統移動通信的理念，將點到點的物理層傳輸和信道編譯碼擴展到多點、多用戶、多天線、多小區協作組網。尋求大幅提升性能的方式。

（3）現在室內移動通信已經占據應用重要位置，5G將大幅優化室內無線覆蓋性能。改變過去的“以大范圍覆蓋為主，兼顧室內”的理念。使得用戶使用體驗更加完美。

（4）現在我們主要使用的是低頻段頻譜資源，5G通信將更多的使用高頻資源。過去由于高頻段無線電穿透能力比較弱，所以沒有被使用。5G將通過無線與有線的融合，光載無線組網等技術解決這一限制，獲得更多的頻譜資源。

（5）傳統的無線網絡由于配置固定，導致很多網絡資源無法充分利用，造成浪費。5G將采用可“軟”配置。運營商可以根據流量的動態變化來調整資源配置。這樣既避免了資源浪費，有節約了網絡運營成本。

二、5G若干關鍵技術

隨著移動互聯網發展，移動端的業務需求也急劇增加，對無線網絡技術和傳輸技術都有很高的要求。在無線網絡方面，網絡架構和組網技術將會更加靈活，更加智能。網絡架構會采用控制與轉發分離的軟件來控制，會使用統一的自組網和異構超密部署等技術。將在無線傳輸方面引入能進一步挖掘頻譜效率提升潛力等技術，如先進的多址接入技術、多天線技術、編碼調制技術、新的波形設計技術等。

超高效的無線傳輸技術和高密度的無線網絡技術是5G通信系統的標志性技術，這兩方面的技術是實現5G需求的關鍵。期中MIMO無線傳輸技術是傳輸技術的關鍵，大規模的使用有可能使頻譜效率和功率效率比4G提高一個量級。目前該技術的問題是高維度信道建模與估計以及復雜度控制。全雙工技術會提高移動通信的頻譜利用率。而超密集網絡也是5G研究者關注的重點，而網絡協同與干擾管理是其實現的關鍵。

通信系統體系結構的變革將是5G發展的方向。扁平化SAE/LTE體系結構促進了移動通信系統與互聯網的高度融合，這是現代移動系統的特點。未來移動通信的代表則是智能化、高密度和可編程。我們還可以通過把內容分發網絡（CDN）向核心網絡邊緣部署來減少網絡訪問路由的負荷，大幅提高移動用戶的體驗。

三、結束語

按照移動通信的發展規律，5G 技術將在2020 年之后實現商用，其基本發展目標是滿足未來移動互聯網業務飛速增長的需求，并為用戶帶來新的業務體驗。5G 技術的研究尚處于初期階段，今后幾年將是確定其技術需求、關鍵指標和使能技術的關鍵時期。5G 移動通信系統容量的提升將從頻譜效率的進一步提高、網絡結構的變革和新型頻譜資源開發與利用技術等途徑加以實現，將派生出一系列新的無線移動通信核心支撐關鍵技術。

參考文獻：

[1]METIS. Mobile and wireless communications enablers for the 2020 information society. In： EU 7th Framework Programme Project，https：//www.metis2020.com

[2]Wen T，Zhu P Y. 5G： A technology vision. Huawei，2013. http：//www.huawei.com/en/about-huawei/publications/winwin-magazine/hw-329304.htm

[3]Wang C X，Haider F，Gao X Q，et al. Cellular architecture and key technologies for 5G wireless communication networks. IEEE Commun Mag，2014，52： 122–130

（作者單位：武漢科技大學國際學院電子信息工程系）