5G移動通信關鍵技術綜述

唐愛國

【摘要】 隨著4G網絡的全面商用，得到的市場反饋效果特別好，從3G時代的200k/、S的網絡速度一下子過度到了10M/S的網絡速度，隨著相關的各大領域都得到了飛速發展。網絡發展速度是各大行業發展速度的一個巨大的瓶頸，習總書記也對網絡改革提出了很多重大的意見。目前5G網絡的相關技術已經處于全面研究階段，2020年將展開全面商用，本文主要對5G移動通信的關鍵技術展開研究，并重點論述了全頻段技術、超密集組網和新型多址等各個5G移動通信的重點技術。

【關鍵詞】 5G 移動通信 技術 綜述

一、引言

隨著移動通信用戶速度的快速發展，對移動通信網絡速度的要求也越來越高，之前用戶使用移動網絡可能就是瀏覽網頁、聊天等，需要的網絡帶寬速度并不高。目前眾多的用戶已經開始使用移動通信網絡進行移動辦公、網絡視頻、網絡通話及在線觀看電影、電視劇等。對移動通信網絡速度的要求越來越高。4G技術的實現，對于以上需求基本得以滿足，但是由于移動通信成本過高，導致資費很高，普通用戶難以承擔其這個成本。通過5G技術的研究和實現，將會進一步加大移動通信在各個領域的應用，從而降低資費也能更好的產生效益。以后物流、教育、醫療等等行業都可能通過物聯網的形式得以發展，移動通信網絡是其中最為關鍵的一個環節，解決了移動通信網絡技術將會為各大行業的應用提供堅實的保障。2013年北京召開了5G峰會，提出了5G展望。 2014年發布了白皮書，5G成為了各個領域最為熱門的話題。我國于2016年啟動了對5G移動通信的性能需求研究，2017年開始征集技術提案，2018到2019年將會對其進行技術和方案評審，2020年會實現5G移動通信的標準化。

二、關鍵技術

目前來說，5G移動通信的關鍵技術主要有全頻段技術+全新網絡架構、超密集組網、新型多址、大規模MIMO等技術，本節主要對以上關鍵技術展開綜述。

2.1 新型多址

新型多址技術是一種利用濾波器組的多載波技術，將四維的空域、碼域、頻域、時域等疊加起來，然后傳輸的信號就會得以提升，從而可以容納更多的用戶和提升系統的頻譜效率。該技術的實現解決了均衡接收技術與通信高速度傳輸及多徑干擾等之間的問題。它利用非矩形脈沖提高了通信的整體性能，但由于當前的信道以同步及快速算法為準，該技術的實現難道很大，需要的原型濾波器的長度要超過子信道的數量 ，因此導致該技術難以在硬件上實現，需要進一步加大對其的研究。

2.2 全頻段技術

當前的工作頻段以3GHZ為主，頻譜資源處于不足的狀態之中，只有使用高頻段才可以緩解該問題。因此在5G移動通信技術中采用了全頻段技術，利用該技術可以將各個頻譜的資源利用起來從而提升系統的容量和傳輸的效率 。目前，處于研究狀態的5G全頻段的范圍為6—100GHZ.從而可以更好的支持在未來中的擴展作用 ，也保證了傳輸效率和5G容量的支持。使用高頻段在5G通信中的優點在于高頻毫米波具有天線增益較高、天線設備可實現小型化、帶寬更寬等好處。同時高頻通信也存在著一些技術問題尚待研究，如穿透能力差、繞行能力差、傳輸距離不足、容易受到氣候的影響等。

2.3 大規模MIMO

MIMO為多輸入和多輸出技術。也可以叫做多天線技術。使用該技術可以提升傳輸可靠性和系統頻譜的效率。在無線通信系統中，當天線發射頻率和頻譜資源保持不變時就可以通過配置多根天線的按時來成倍數的提升系統的容量。也就是說將大規模的輸入輸出天線集成配置到一個基站中，多個用戶就可以同時無干擾的在同一時間和同一頻率下進行通信。該技術方案與當前的技術方案相比主要優勢在于：（1）可以滿足多用戶與單個基站之間進行大規模的同時通信，具有較強的空間分辨率；（2）可降低發射功率，提升頻譜效率，實現多波束的智能賦型；（3）天線數目達到一定數量之后，檢驗器和線性預編碼可以達到最佳的性能。

2.4 超密集組網

5G網絡通信技術將會以智能化、寬帶化和多元化為主要的發展方向。未來網絡數據業務的發展方向主要在熱點密集地區和室內，而當前網絡數據的流量如果在少數人使用的狀態下不存在延遲、低網速等問題，但一旦放開使用用戶數量，網絡延遲和網絡速度都將會是一個巨大的問題，而物聯網和智能終端所依賴的移動通信網絡將會處于堵塞狀態，很難發揮物聯網和智能終端的優勢。目前5G移動通信技術所研究的超密集組網，可以針對高度使用移動數據的地區提升流量容量1000倍，很好的解決了網絡數據使用密集地區的數據傳輸和數據容量問題。該技術的發展，雖然在數據流量方面提升率非常高，但是由于其拓撲結構也更加復雜，各網絡之間的信號干擾也是一個很大的麻煩，大家都知道一旦同一個區域的無線網絡過多，就會相互之間產生干擾，影響網絡的傳輸。因此，該技術還需要進一步的研究以適用未來對5G移動通信技術的眼球。

2.5 內容分發網絡

面向眾多用戶在圖像、視頻和音頻等方面對網絡流量的要求，在未來的5G移動通信網絡中，影響用戶訪問質量的一個很大因素就是網絡流量的爆炸式增長，這也是當前沒有全面放開4G移動通信網絡流量資費的一個重大原因。因此，如何有效的分發數據流量，降低網絡延遲是目前5G移動 通信網絡技術的一個很大的難題。這種問題，單純的依靠網絡設備的增加很難解決。因此，內容分發網絡從而誕生，主要用來對5G網絡的用戶網絡進行分發，從而提升用戶的響應效率，目前的視頻網站很多已經使用了CDN分發技術，包括一些云平臺也都使用了CDN分發技術。

該技術主要是在傳統的網絡中增加了智能虛擬網絡，建立起來的CDN系統會將用戶距離、負載情況、連接狀態等綜合納入考慮因素，然后通過一定的計算算法，選擇最優的CDN代理服務器，從而實現用戶的低延遲響應速度，保障網絡和網絡質量。CDN的網絡架構圖如圖1所示。當用戶發送網絡請求時，該網絡請求就會被發送到源服務器，然后會被DNS進行重定向，CDN代理服務器中，最合適的那一個會將響應發送給用戶，從而用戶獲得最為優質的服務。源服務器的主要作用就是將內容下發給各個代理服務器，用戶就會從最為合適的那一個代理服務器上獲得內容。CDN技術的優勢就是解決了用戶高延遲的問題，熱愛打游戲的用戶就會知道，延遲過高，會導致網絡很卡，然后玩游戲的質量就不高。因此CDN技術，將會成為5G移動通信中最為關鍵的技術之一。

三、結束語

隨著目前4G網絡的普及，各行各業都得到了巨大的發展，5G移動通信將勢在必行，5G移動網絡所帶來的紅利是顯而易見的。但是5G移動通信所涉及的技術難題也是相當罕見的。因此本文重點對5G移動通信關鍵技術進行綜述，所涉及的主要關鍵技術有新型多址、全頻段技術、大規模MIMO、超密集組網和內容分發網絡等等。通過對以上關鍵技術的綜述，充分的展示出了在5G移動通信網絡中的研究成果，也說明了還存在著一定的差距，需要繼續進行深一步的研究。

參 考 文 獻

[1]5G終端業務發展趨勢及技術挑戰[J]. 周代衛，王正也，周宇，孫向前. 電信網技術. 2015（03）

[2]面向55G的分布式移動云計算協同架構與管理機制[J]. 李宏佳，陳鑫，周旭. 中興通訊技術. 2015（02）

[3]移動通信中的數據傳輸技術探究[J]. 畢艷軍. 通訊世界. 2017（04）