論5G的普及與發展前景

崔會晨　王柏伊

摘要：2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G的商用牌照，中國正式進入5G的商用元年。中國移動表示，5G網絡的網速預計比4G要快40倍，擁有更低的延時，并且5G還可以實現萬物互聯。

關鍵詞：5G;移動通信技術;普及;發展前景

一、5G的概述

5G的全稱為第五代移動通信技術。5G將不同于傳統的幾代移動通信，5G并不是獨立的，全新的無線接入技術，而是對現有無線接入技術的技術演進，以及一些新增的補充性無線接入集成后解決的總稱。并且5G擁有更高速率，更大帶寬，更強能力的空口技術，更是面向業務應用和用戶體驗的智能網絡;它將是一個多業務多技術融合的網絡，通過技術的演進與創新，滿足未來包含廣泛數據和連接的各種業務的快速發展需要，提升用戶體驗。5G之前的移動通信是一種以人為中心的通信，而5G將圍繞人和周圍的事物，是一種萬物互聯的通信。5G需要考慮Internet of Things業務（如汽車通信和工業控制等M2M業務），IoT帶來海量的數據連接，5G對海量傳感設備及機器通信（M2M，MTC（Machine Type Communication））的支撐能力將成為系統設計的重要指標之一。以IoT為代表的一些新型業務也成為5G的亮點，特別是自動駕駛和工業控制。

二、5G移動通信六大關鍵技術

1.高頻段傳輸

移動通信傳統工作頻段主要集中在3GHz以下，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀，可以實現極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。并且高頻段在移動通信中的應用是未來的發展趨勢，業界對此高度關注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動通信的主要優點，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環境影響等缺點。射頻器件、系統設計等方面的問題也有待進一步研究和解決。監測中心目前正在積極開展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進行科學規劃，統籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優配置。

2.新型多天線傳輸、

多天線技術經歷了從無源到有源，從二維（2D）到三維（3D），從高階MIMO到大規模陣列的發展，將有望實現頻譜效率提升數十倍甚至更高，是目前5G技術重要的研究方向之一。由于引入了有源天線陣列，基站側可支持的協作天線數量將達到128根。此外，原來的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結合高頻段毫米波技術，將進一步改善無線信號覆蓋性能。

3.同時同頻全雙工

該技術，在相同的頻譜上，通信的收發雙方同時發射和接收信號，與傳統的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。全雙工技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術需要具備極高的干擾消除能力，這對干擾消除技術提出了極大的挑戰，同時還存在相鄰小區同頻干擾問題。在多天線及組網場景下，全雙工技術的應用難度更大。

4.D2D

傳統的蜂窩通信系統的組網方式是以基站為中心實現小區覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網絡結構在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業務不斷增多，傳統的以基站為中心的業務提供方式已無法滿足海量用戶在不同環境下的業務需求。

D2D技術無需借助基站的幫助就能夠實現通信終端之間的直接通信，拓展網絡連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質量高，D2D能夠實現較高的數據速率、較低的時延和較低的功耗;通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現頻譜資源的高效利用;支持更靈活的網絡架構和連接方法，提升鏈路靈活性和網絡可靠性。

5.密集網絡

在5G通信中，無線通信網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數據流量將出現井噴式的增長。未來數據業務將主要分布在室內和熱點地區，這使得超密集網絡成為實現未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集網絡能夠改善網絡覆蓋，大幅度提升系統容量，并且對業務進行分流，具有更靈活的網絡部署和更高效的頻率復用。未來，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網絡方案，部署小小區/扇區將高達100個以上。與此同時，愈發密集的網絡部署也使得網絡拓撲更加復雜，小區間干擾已經成為制約系統容量增長的主要因素，極大地降低了網絡能效。干擾消除、小區快速發現、密集小區間協作、基于終端能力提升的移動性增強方案等，都是目前密集網絡方面的研究熱點。

6.新型網絡架構

LTE接入網采用網絡扁平化架構，減小了系統時延，降低了建網成本和維護成本。未來5G可能采用C-RAN接入網架構。C-RAN是基于集中化處理、協作式無線電和實時云計算構架的綠色無線接入網構架。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網絡，直接在遠端天線和集中化的中心節點間傳送無線信號，以構建覆蓋上百個基站服務區域，甚至上百平方公里的無線接入系統。C-RAN架構適于采用協同技術，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時便于實現動態使用的智能化組網，集中處理有利于降低成本，便于維護，減少運營支出。目前的研究內容包括C-RAN的架構和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協作，如基站簇、虛擬小區等。

三、5G的普及

在本次實踐中，我們發現大眾對5G的認知程度較弱，一般只知道5G可以提高網速，使得玩游戲看劇不會出現卡頓或延遲等知識，并且我們發現普遍男生會比女生了解更多，18-30歲的人會更加關注了解5G知識和發展動態。但通過我們幾天的走訪和調查發現雖然大眾對5G了解不深但期待度很高，并且對中國5G技術的發展充滿信心，甚至有些人表示即便是自己不了解，但是也會想去通過一些渠道去學習了解，跟進時代的步伐。

四、5G的發展前景

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。根據移動通信的發展規律，5G將具有超高的頻譜利用率和能效，在傳輸速率和資源利用率等方面較4G移動通信提高一個量級或更高，其無線覆蓋性能、傳輸時延、系統安全和用戶體驗也將得到顯著的提高。截至2019年5月，全球共28家企業聲明了5G標準必要專利，中國企業聲明數量占比超過30%，位居首位。并且2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G的商用牌照，批準四家企業經營“第五代數字蜂窩移動通信業務”。標志著我國5G發展進入快車道，規模商用正式拉開帷幕。2019年，中國移動將在全國建設超過5萬個5G基站，在超過50個城市實現5G商用服務;2020年，將進一步擴大網絡覆蓋范圍，在全國所有地級以上城市提供5G商用服務。同時，全面提升5G端到端網絡品質和服務能力，持續推動5G技術標準發展。2019年7月26日，華為首款商用5G手機Mate20X（5G）在深圳正式發布并同步開啟預約。這是擁有“國內首張5G終端電信設備進網許可證”的5G手機，標志著5G手機時代正式開啟，產業鏈也隨之迎來新的發展階段。所以5G的發展也在不斷地面臨新的挑戰和機遇。

參考文獻：

[1] 中投顧問.2019-2013年中國第五代移動通信技術產業深度調研及投資前景預測報告（上下卷）

作者簡介：

崔會晨，女，漢族，海南三亞，大學本科，主要從事5G知識普及及其發展現狀的調查研究

王柏伊，女，漢族，湖北潛江，大學本科，主要從事5G知識普及及其發展現狀的調查研究

（作者單位：武漢東湖學院 電子信息工程學院）