試論5G移動通信技術的發展及其特點

金艷 林勇

1. 山東省軍區 山東 濟南 250099；

2. 濟南廣播電視臺 山東 濟南 250000

1 移動通信技術發展階段

移動通信技術從1896年誕生之日起，先后經歷了不同的發展階段。

1G技術，于1986年誕生，采用模擬信號傳輸。其網絡傳輸速率是2.4kbit/s。優點是實現了實時通信。缺點是語音品質低、信號不穩定、覆蓋范圍不夠全面、安全性差、易受干擾等。主要通信系統為AMPS、NMT、TACS。

2G技術，即九十年代開始的語音通信數字化階段，將語音信號變成數字編碼進行傳輸，通過調制解調器進行解碼成語音，從而實現通話。其數據傳輸速率是9.6～14.4kbit/s。實現了短信、來電顯示、呼叫追蹤和手機上網。主要通信系統是GSM、CDMA、TDMA。

3G技術，2000年出現的3G技術支持高速數據傳輸的蜂窩移動通信技術，傳輸速率達384kbit/s。實現全球范圍無縫漫游、高頻寬和穩定傳輸，智能手機出現、移動通信設備革新。主要的4種標準為：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX。

4G技術，于2010年后出現, 傳輸速率最大為100Mbit/s，主要系統是基于OFDM的LTE。LTE包括用于成對頻譜和非成對頻譜的TDD-LTE和FDD-LTE。

5G技術，2019年是5G的商用元年。它融合了多種無線接入技術和現有無線接入技術集成，是第一個應用驅動的通信技術。它主要包括增強型移動帶寬、海量物聯網通信和高可靠低時延通信三大業務應用場景。

2 5G技術的特點

5G作為第五代移動通信技術發展高峰，與之前的4G相比有了很多改變和提升。具體有以下幾點：

一是高速率。數據傳輸速率最高可達10Gbit/s，基站峰值不低于20Gbit/s，比當前的有線互聯網要快，比4GLTE蜂窩網絡快100倍。

二是低功耗。5G網絡使用eMTC和NB-IoT技術。eMTC增強型機器類型通信。它還有一個名字，叫作LTE-M，是基于LTE協議演進而來的，能使物與物之間更好地進行通信，最大限度地降低成本。

三是低時延。5G對時延的要求控制在1～10ms,有時甚至低于1毫秒。4G網絡的時延為20～80ms。較低的網絡延遲，更快的響應時間，5G網絡不僅為手機提供服務，而且還將成為一般性的家庭和辦公網絡提供商，與有線網絡提供商競爭。

四是泛在網。泛在網是指在社會生活中的每個角落都有網絡存在[1]。5G是一個端到端的生態系統，融合多個業務、多種技術，為用戶帶來更智能化的生活，打造一個全移動和全連接的社會，在社會生活中的每個角落都有網絡存在，實現隨時、隨地、萬物互聯。泛在網是全方位實現5G的基礎，包含廣泛覆蓋和縱深覆蓋兩方面。

3 5G使用的主要技術

5G與之前的網絡技術相比，有了極大的改變，整合了大量技術，是眾多技術形成的一個“綜合體”。

一是高頻段傳輸。高頻段傳輸是5G的一項關鍵技術。5G的頻率分為FR1和FR2兩個頻段。FR1也叫Sub6G，頻率范圍在450～6000MHz；FR2又稱為Above-6GHz或毫米波，頻率范圍在24250～52600MHz。FR1最大支持100Mbps帶寬，主要作為基礎覆蓋頻段，優點是頻率低，繞射能力強，覆蓋效果好。FR2最大支持400Mbps帶寬，優點是超大帶寬，頻譜干凈，干擾較小。

二是微基站。從1G到5G,電磁波頻段越來越高，傳輸的數據量越來越大，電磁波在傳輸的過程中衰減也越來越大。這樣就需要更多的基站，同樣一個區域，一個4G基站就可以覆蓋的，5G基站就需要2～3個基站，甚至更多才能達到同樣的覆蓋效果。基站體型變得越來越小。覆蓋范圍也變小，通常覆蓋10米到幾百米的范圍。

三是新型多天線傳輸（Massive MIMO）。Massive MIMO技術通過大規模天線陣列以及波束賦形技術對每個用戶分配專用的電波[2]。MIMO就是多進多出，即多根天線發送，多根天線接收。毫米級5G天線可以內置在手機里，甚至可以同時內置多根天線，實現大規模多天線傳輸。基站天線以“陣”的形式出現，即天線陣列。天線之間最理想的距離是半個波長以上。多天線傳輸效率比較高，但不能距離太近，否則會相互干擾，影響信號的收發。波束賦形通過調整天線陣列中每個陣元的加權系數產生具有指向性的波束來獲得明顯的陣列增益。在擴大覆蓋范圍、改善邊緣吞吐量以及干擾抑止等方面有很大的優勢。

四是D2D通信。D2D通信是一種基于蜂窩系統的近距離數據直接傳輸技術。D2D會話的數據直接在終端之間進行傳輸，從而實現短距離直接通信，提高數據傳輸速率，時延低，功耗小。另外端對端快速傳輸，使終端能夠廣泛分布，這樣眾多終端不用擠在一個基站里，從而提升頻譜效率，降低終端發射功率，有效節約大量的空中資源，同時也極大地減輕了基站的傳輸壓力。

五是超密集組網。5G網絡超密集組網。基站間距縮小，應用各種頻段資源、無線接入方式及類型的基站組成宏微異構的超密集組網架構。主要通過宏基站+ 微基站及微基站+ 微基站兩種模式來實現資源調度。超密集異構組網有效改善了網絡覆蓋，擴展了系統容量，提高網絡的功率和頻譜效率，增強了業務在不同接入技術和各覆蓋層次間的靈活性。

六是多RAT技術融合。5G網絡是由多項技術共同組合在一起的網絡形態。各種無線接入技術的融合，需要通過集中的無線網絡控制能力實現。它主要包括：智能接入控制與管理、多RAT無線資源管理、協議與信令優化以及多制式連接技術。通過RAT技術融合，5G網絡實現了同時在一個終端上接入多個不同制式的網絡節點、終端上多流并行傳輸，對多網絡的無線資源進行聯合管理與優化、共享和分配以及業務在不同接入技術的網絡之間實現動態分流和匯聚。