5G移動通信發展趨勢與若干關鍵技術

林川

摘 要 5G移動通信系統是新一代的移動通信系統，目前還處于研究階段，預計在2020年之后投入應用。本文從5G移動通信系統的基本需求、技術特點等方面對其發展趨勢進行了分析，并從無線傳輸和無線網絡兩部分對5G移動通信系統的關鍵技術進行了分析。

【關鍵詞】5G 移動通信 發展趨勢 關鍵技術

1 5G移動通信系統的發展趨勢

5G移動通信系統是新一代的移動通信系統，目前正處于研究探索階段。作為新一代的移動通信系統，與4G移動通信系統相比，其在傳輸速率和資源利用率等方面都有顯著地提升。同時，其在無線覆蓋性能、傳輸時延、系統安全和用戶體驗等方面也遠超現有的4G移動通信技術。通過將其和其他的無線移動通信技術進行結合，能夠構建出無所不在的移動信息網絡，從而滿足未來互聯網流量增加的發展需求。除此之外，在未來5G移動通信技術還將拓展其應用領域，提升其對海量傳感設備及機器與機器 （M2M） 通信的支撐能力，從而實現更廣泛的應用。為了應對移動信息時代的快速變化，5G移動通信技術還需要具備較高的靈活性，擁有網絡自感知、自調整等智能化能力。從目前來看，5G移動通信技術的發展呈現出了以下幾方面的特點：

（1）更加注重用戶體驗，將在網絡平均吞吐速率、傳輸時延以及對虛擬現實、3D、交互式游戲等新興移動業務的支撐能力方面提升其性能。

（2）將會探索以多點、多用戶、多天線、多小區協作組網方式，從體系構架方面來探索提升系統的性能。

（3）提升5G室內無線覆蓋性能。

（4）通過廣泛的應用無線與有限融合、光載無線組網等技術，實現高頻段波普資源的充分利用。

（5）具有根據業務流量來就進行網絡資源實時調節的能力，從而提高資源的利用率，實現運營成本的下降并減少能源的消耗。

2 5G移動通信系統的關鍵技術分析

5G移動通信系統性能的提升主要依靠兩方面的技術，一是超高效能的無線傳輸技術，二是高密度的無線網絡技術。無線傳輸技術中主要包括大規模 IMO 的無線傳輸技術、全雙工技術、基于濾波器組的多載波技術等，無線網絡技術主要包括超密集異構網絡技術、組織網絡技術、軟件定義無線網絡和內容分發網絡等，下面者兩方面技術進行介紹。

2.1 無線傳輸技術

2.1.1 大規模MIMO 的無線傳輸技術

目前，在多種無線通信系統中，如3G、LTE、WLAN等都應用著多天線技術，這種技術能夠有效的提升系統頻譜效率以及傳輸的可靠性，并且隨著天線數量的增多，這種提升的效果越為為明顯。并且，如果接收和發射的天線數量都很大，那么MIMO信道的容量也會和收發天線中的最小值呈現出線性的增長關系，也就是說采用大數量的天線能夠有效的提升系統的容量，但目前應用多天線技術的無線通信系統中并沒有使用太多的天線數量，這是由于受到空間和實現的復雜度等技術條件的限制。2010年Marzetta首次提出了大規模MIMO技術，經過幾年來的研究發現，和現有的MIMO技術相比大規模MIMO技術分辨率更高，能夠更充分的挖掘空間維度資源，能夠在不增加基站密度和帶寬的情況之下，使波譜頻率得到大幅度的提高。同時還能夠使波束集中在非常窄的范圍之內，從而降低干擾。此外，該技術就能夠降低發射功率，使功率的效率得到較大的提升。目前，研究人員正對大規模MIMO技術的信道模型、容量和傳輸技術性能分析、預編碼技術、信道估計與信號檢測技術等方面進行研究，使該技術能夠更好的應用。

2.1.2 基于濾波器組的多載波技術

在5G移動通信系統中，需要高達1 GHz的帶寬來滿足高數據速率的需求，目前常用的OFDM技術由于難以利用不連續的頻譜資源，所以不能滿足5G移動通信系統的要求。研究人員進行了大量的研究發現，基于濾波器組的多載波能夠有效的利用零散的波譜資源，能夠有效的滿足5G系統的需求。在這種多載波技術中，多載波的調制工作由發射端通過合成濾波器組的方式實現，而多載波解調則是由接收端通過分析濾波器組的方式實現的，同時，成員濾波器都是由原型濾波器經載波調制而得到的調制濾波器

2.1.3 全雙工技術

全雙工技術能夠實現同時、同頻的雙向通信。在目前存在的無線通信系統中都沒有實現同時同頻的雙向通信，都是采用時間或者頻率進行區分的雙向鏈路，這是由于無線通信系統中的網絡側和終端側都存在著發射信號對接受信號的自干擾現象，由于這種條件的限制，極大的浪費了無限資源。在全雙工理論中，能夠實現同時同頻的雙向通信，有效的提升波譜資源的利用率，也正因此，全雙工技術已經成為了研究的重點內容。

2.2 無線網絡技術

無線網絡技術最主要包括超密集異構網絡技術、組織網絡技術、軟件定義無線網絡和內容分發網絡等幾種關鍵技術。其中在超密集異構網絡技術中，激活用戶書和站點數的能夠達到1：1的比例，從而使網絡節點能夠更接近終端，使功率效率和頻譜效率等都得到較大的提升，進而使系統的容量得到提升。自組網絡技術是指使網絡具有自組織能力，也就是實現網絡的智能化，使其具備自配置、自由化和自愈合等功能，從而使網絡規劃、部署、維護、優化和排障等工作都可以自動進行，降低運營的成本，實現高效的網絡運行，更好的滿足客戶的需求。軟件定義網絡這一技術的基本內容是實現路由器中路由決策等控制功能和設備的分離，然后由中心控制器通過軟件來統一的控制這些功能，從而使控制和轉發兩種功能的分離，實現更加靈活的控制，并且使設備便得更加的簡單。內容分發網絡使用緩存服務器，并且會將其分布到用戶訪問較為集中的地區，在工作過程中，其會在綜合考慮網絡流量和各節點的連接、負載狀況以及到用戶的距離和響應時間等各種信息，然后將用戶的請求重新導向離用戶最近的服務節點上，這樣用戶就可以在最近的服務節點獲取所需要的內容，能夠有效的解決網絡的擁堵情況，使網站的響速度得到提升。

參考文獻

[1]薛曉勇.5G移動通信發展趨勢與若干關鍵技術[J].中國新通信，2016，18（10）：115-115.

[2]唐忠杰.關于5G移動通信發展趨勢分析及若干關鍵技術探討[J].中國新通信，2016，18（20）：6-7.

作者單位

國際關系學院 北京市 100091