無線通信技術熱點及趨勢展望

楊萍基

（廣西區工信委北海市無線電管理處 廣西北海 536000）

無線通信技術熱點及趨勢展望

楊萍基

（廣西區工信委北海市無線電管理處 廣西北海 536000）

全球無線通信自20世紀80年代初商用以來已經經歷了4代的發展，隨著經濟社會的不斷發展，移動通信技術已經在人類的生活中已經變得必不可少，對我們的經濟、政治和文化產生深遠的影響。本文介紹了正在商用的主流無線通信技術，著重介紹了4GLTE的技術特點和發展現狀，并對5G通信技術進行了介紹和展望。

4G移動通信技術；5G移動通信技術；趨勢

無線通信自20世紀80年代初開始商用以來，經歷的第一代模擬移動通信、第二代數字移動通信、第三代數字多媒體移動通信技術的迅猛發展，現在已經全面進入了第4代寬帶數據移動互聯網通信技術時代。隨著經濟社會的不斷發展，移動通信技術已經在人類的生活中已經變得必不可少，成為了社會經濟、生產、生活的組成部分。截止2015年4月9日，全球LTE商用網絡已經達到393張，覆蓋了128個國家，4G LTE用戶達到5億，全球移動通信普及率達到96.8%。這些數據清晰表明，移動通信成為用戶量最大、使用最廣泛的通信手段，龐大的用戶需求使得移動通信熱點前沿技術層出不窮，顯示出百家齊放的生命力。

1 主流無線通信技術熱點

1.1 4G

4G移動通信技術是未來5年內無線電通信技術的主流，他的主要特點是：帶寬達到100MHz，網絡速率理論可以達到1Gbps，控制平面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低于50ms，相比3G具有高速和高抗干擾能力、更好的兼容性。4G已經廣泛應用于無線通信、定位定時、數據采集、遠程控制等領域，極大地提升了信息傳輸的速度和數據傳輸效率。

1.2 5G

5G是面向2020年以后移動通信需求而發展的新一代移動通信系統，ITU給5G定義了三個主要應用場景：①移動寬帶；②大規模機器（M2M）通信；③高可靠低延時通信。根據移動通信每10年經歷一次標志性的技術革新規律及ITU在2015年給出的5G（IMT2020）標準化時間表可以看出5G將提供光纖般的移動互聯體驗，靜止或低速下峰值速率達到20Gbps，網絡時延從4G的50ms降至1ms，海量傳感設備、機器連接（1000億量級的連接），低功耗（基站、終端更節能），其無線覆蓋、系統安全和用戶體驗也將有質的提高，可以說5G將把人類社會帶入萬物互聯（IOE：Internet of Everything）時代。

1.3 Wifi

Wi-Fi全稱為wireless fidelity，在無線局域網的范疇是指“無線相容性認證”是一種可以將個人電腦、手持設備（如pad、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。主要采用了MIMO和OFDM技術。目前使用最多的是802.11n標準，在2.4GHz頻段理論數據速率可以達到600Mbps，覆蓋范圍在100～300m。

1.4 Wimax

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access），即全球微波互聯接入。WiMAX也叫802.16無線城域網。WiMAX是一項寬帶無線接入技術，可以提供面向互聯網的高速連接，數據傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業務豐富多樣等優點。WiMAX采用的技術起點較高，包含了OFDM/OFDMA、MIMO等先進技術。但是因為其存在無法滿足大于50km/H速度下的無線連接等缺點，目前已經逐步被4G LTE取代。

2 4G的關鍵技術及面臨的挑戰

2.1 4G的關鍵技術

（1）OFDM（正交頻分復用）技術是將信道分成若干正交子信道，將高數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制在每個子信道上進行傳輸。具有頻譜利用率高、抗衰落能力強、抗碼間干擾能力強的的優點。

（2）SDR（軟件無線電技術）軟件無線電利用現代化軟件來操縱、控制傳統的“純硬件電路”的無線通信技術。他的重要價值在于：傳統的硬件無線電通信設備只是作為無線通信的基本平臺，而許多的通信功能則是由軟件來實現，打破了有史以來設備的通信功能的實現僅僅依賴于硬件發展的格局。

（3）IPV6技術

IPV6是IETF（互聯網工程任務組）設計用于替代IPV4的新一代IP協議。IPV6具有龐大的網絡地址空間（約為2的128次方-1個），其相對IPV4有以下優點：更小的路由表、增強的組播、支持自動配置、具有更高的安全性。

（4）MIMO/SA（多輸入多輸出/智能天線）技術

MIMO技術通過多天線提供不同的傳輸能力，提供空間復用的增益，這兩種技術在LTE以及后續演進系統中是非常重要的技術。MIMO系統在基站和移動端均采用多天線（或陣列天線），充分利用了空間傳播的多徑分量，在同一頻帶內使用多個子信道發射數據信號，使信道容量隨天線數量而增加，從而快速實現了更大的信道容量和更高的頻譜利用率。SA（智能天線）利用數字信號處理技術和信號傳輸的空間特性，通過調整各天線陣元上發送信號的權值，產生定向波束，將信號導向客戶端方向，使天線的主波束自適應地跟蹤用戶主信號到達方向，旁瓣則對準干擾信號方向，達到高效利用用戶端信號并抑制干擾信號的目的。

2.2 4G面臨的挑戰

4G推動了智能手機電子產品的繁榮發展，經過大規模的應用，也面臨了來之技術、運營商和用戶的挑戰。

①技術層面各種新移動業務層出不窮，云服務、云操作、物聯網、智能設備遠程控制、高清視頻、網絡交互游戲等對網絡速率的要求越來越高，4G網絡50ms的延時已經顯得力不從心。②OTT業務的繁榮對運營商的業務收入造成的重大影響，同時OTT因其工作原理，還產生了大量的網絡信令，導致運營商網絡時常癱瘓。③用戶層面隨著智能終端、云計算、M2M終端、物聯網的不斷創新，用戶對網絡的速率、時延及接入能力的要求也越來越高。以上這些網絡應用都對4G的高速、可靠、低延遲、安全性等業務支撐能力提出了新的挑戰。

3 5G通信技術及前景展望

3.1 5G技術前瞻

3.1.1 SDN（軟件定義網絡）

在互聯網/移動互聯網瞬息萬變的業務環境下，網絡的高穩定與高性能的重要性已經不是排在了第一位，靈活性和敏捷性反而更為關鍵。2007年斯坦福大學提出了SDN（軟件定義網絡）概念，其原理是將路由器、交換機的控制功能從設備中獨立出來，無須依賴底層網絡設備（路由器、交換機），從而在根本上屏蔽了來自網絡硬件設備的差異，集中由控制器來進行控制，實現控制、硬件轉發分離。而控制權是完全開放的，用戶可以自定義任何想實現的路由和傳輸策略，從而更加靈活。

3.1.2 NFV（網絡功能虛擬化）

NFV（網絡功能虛擬化）其核心的管理和編排功能層基于實現軟硬件解耦的網絡功能虛擬化技術，實現了資源的充分共享和網絡功能的按需編排，進一步提高了網絡的可編程性和擴展性。使網絡設備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享和新業務快速開發、部署，并基于實際業務需求進行自動部署和故障隔離等。NFV的最終目標是，通過基于行業的標準服務器、存儲和交換設備，來取代通信的專業設備。由此帶來的好處是設備成本更加低廉，另一方面開放的API接口，也能幫助運營商獲得更多的網絡能力。

3.1.3 Massive MIMO

Massive MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）大規模多輸入輸出技術指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，通過空間復用技術，從而提升通信系統的頻譜效率。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，成倍的提高系統信道容量，他被視為5G移動通信的核心技術。

3.2 5G前景展望

雖然目前5G在頻譜、技術業務融合、能耗標準化和產業化方面還面臨巨大挑戰，但在全球的努力推動下，5G系統的基本特征已經初步形成，中國、歐洲、美國、日本和韓國都已將5G上升為國家戰略，并成立了相應的科研機構和發布了各自的5G愿景、需求白皮書，并且一些已經主要觀點已經達成高度共識。

5G將會導致整個通信業的巨大變革，很快就會滲透到我們社會生活的方方面面，同時還會對我們的經濟、政治和文化產生深遠的影響。

4 結束語

按照ITU 5G愿景和標準化時間表及移動通信發展的規律，2020年后將是5G的時代，5G是移動通信一次革命性創新，5G將以可持續發展的方式，滿足未來超千倍的移動數據增長需求，將為用戶提供光纖般的接入速率，低時延的使用體驗，千億設備的連接能力，超高流量密度、超高連接數密度和超高移動性等多場景的一致服務，業務及用戶感知的智能優化，并為網絡帶來百倍的能效提升。本文綜述了目前主流無線通信模式的關鍵技術及5G發展背景，并對應用場景、需求及關鍵技術等做了具體分析。

[1]小火車，好多魚.大話5G[M].電子工業出版社，2016.

[2]Jonathan Rodriguez.Fundamentals of 5G mobilen etworks[M].電子工業出版社，2016.

[3]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移動通信發展趨勢與若干關鍵技術[J].中國科學：信息科學，2014.

[4]黃靜，朱欣遠.4G移動通信關鍵技術及其展望探究[J].中國新通信，2014，03.

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1004-7344（2016）13-0273-02

2016-4-18