第五代移動通信技術綜述

孫焱 趙璐

關鍵詞：5G移動通信技術發展現狀;關鍵技術;發展趨勢

一、發展歷程

第一代移動通信系統為模擬通信系統，傳輸語音信號，采用蜂窩結構，頻帶在相隔一定距離的蜂窩上可重復使用;系統抗干擾能力差，頻率復用有限，無法長途漫游，為區域移動通信系統。

第二代移動通信系統采用數字時分多址（TDMA）技術、碼分多址（CDMA）技術;承載數字化語音業務及低速率數據業務;話音質量、保密性均有提高;可進行省內、省際自動漫游;2G代表：GSM和IS-95。

第三代移動通信系統帶寬更寬，傳輸速度最低為384K，最高為2M，頻帶可達5MHz;承載語音及數據業務，提供無線應用、高速數據傳輸和寬帶多媒體服務;主流3G標準：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。

第四代移動通信系統為寬帶接入和分布式網絡，具有非對稱超過2 Mb/s的數據傳輸能力，對全速移動用戶提供150 Mb/s的高質量影像服務，實現三維圖像的高質量傳輸;用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準;寬帶無線局域網與B-ISDN和ATM兼容。

二、5G概念

第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology，簡稱5G）是具有高速率、低時延的新一代移動通信技術，是實現人機物互聯的網絡技術。

國際電信聯盟（ITU）定義了5G的三大類應用場景，即增強移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）和海量機器類通信（mMTC）。增強移動寬帶（eMBB）主要面向移動互聯網流量爆炸式增長，為移動互聯網用戶提供更加極致的應用體驗;超高可靠低時延通信（uRLLC）主要面向工業控制、遠程醫療、自動駕駛等對時延和可靠性具有極高要求的行業應用需求;海量機器類通信（mMTC）主要面向智慧城市、智能家居、環境監測等以傳感和數據采集為目標的應用需求。

三、5G特點

1.峰值速率需要達到10-20Gbit/s，以滿足高清視頻、虛擬現實等大數據量傳輸。

2.空中接口時延低至1ms，滿足自動駕駛、遠程醫療等實時應用。

3.具備100萬連接/平方公里的設備連接能力，滿足物聯網通信。

4.頻譜效率要比LTE提升3倍以上。

5.連續廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100Mbit/s。

6.流量密度達到10Mbps/m2以上。

7.支持500km/h的高速移動。

四、5G關鍵技術

5G國際技術標準重點滿足靈活多樣的物聯網需要。在頻段方面， 5G同時支持中低頻和高頻頻段，中低頻滿足覆蓋和容量需求，支持百MHz的基礎帶寬。為了支持高速率傳輸和更優覆蓋，采用LDPC、Polar新型信道編碼方案、性能更強的大規模天線技術等。

（一）大規模MIMO技術

MIMO技術為5G網絡的核心技術，在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過多個天線進行傳送和接收。在不增加頻譜資源和天線發射功率的前提下，可以成倍的提高系統信道的容量，提高了移動通信的傳輸效率。

（二）全雙工技術

全雙工技術主要指的是實現同時、同頻進行雙向通信的技術。全雙工技術可以在發送設備和接收設備采取點到點的連接，這就意味著在全雙工的傳送方式下降低無線資源消耗，靈活運用頻譜，提高了5G移動通信的傳輸效率和傳輸速度。

（三）超密集異構網絡技術

5G移動通信正朝著多元化的方向發展，隨著移動數據流量呈爆炸式的增長，超密集異構網絡將會成為5G移動通信提高數據流量的關鍵技術。該技術可以有效縮短節點與終端的距離，使網絡的功率和頻譜大幅度的提高，擴大了網絡覆蓋范圍，擴展了系統容量。

（四）高頻段使用技術

對于移動通信技術而言，3G以下的頻率可以很好的支持移動移動性，具有良好的覆蓋效果，但目前這一段頻譜資源十分匱乏，而3G以上頻譜資源十分豐富，有效的利用這一區間的頻率，將極大的緩解頻譜資源緊張的問題。

（五）多載波技術

由于現階段的OFDM技術在大范圍空白頻譜方面的能力還比較弱，所以就對移動通信的傳輸速率造成了一定的限制，多載波技術在發送端采用合成濾波器來調制多載波，接受端采用分析濾波器來調制多載波，有效的控制載波間的相互干擾，提升了抗干擾性。

五、5G發展現狀

5G已經在網絡系統吞吐率、網絡資源利用率、頻譜資源、智能化方面顯示了其巨大的優勢。如，在智能家居方面，由于5G網絡的普遍應用，可以將手機、所有家電進行可控制性的互聯，并營造出4G時代不曾有的虛擬觀看，使用戶直接在手機上看到立體畫面外投的家居情況。

六、展望6G

5G實現了高速率、低功耗、低時延;而6G的下載速度比5G還要快百倍，6G可將網絡延遲從毫秒減少到微妙。6G除了要進行頻段升級外，還可以實現多網絡集成、網絡的個性化等需求。

七、結語

本文詳細介紹了移動通信的發展階段，從基本概念、主要特點、核心技術等方面全面介紹了5G;闡明了5G具有的關鍵技術及國內外發展狀況，并展望了6G。

參考文獻：

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[3] 劉光毅，方敏，關皓，等.5G移動通信系統：從演進到革命[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[4] IMT-2020（5G）推進組[OL].[2017-07-07].http：//www.imt-2020.org.cn/zh.

作者簡介：孫焱（1979.7.8），男，漢族，吉林省吉林市，研究生，高級工程師，通信及計算機技術.