淺談5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

劉超

摘要：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）商業(yè)化進(jìn)程，作為4G時(shí)代的接替者，它具有低成本、低能耗、低延遲和安全可靠的特點(diǎn)，以適應(yīng)新時(shí)代移動(dòng)通信行業(yè)的新需求。該文首先對(duì)其特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，其次對(duì)其發(fā)展進(jìn)程和研究動(dòng)向進(jìn)行討論，最后對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：5G；移動(dòng)通信；技術(shù)；發(fā)展趨勢

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）22-0257-02

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）是4G移動(dòng)通信技術(shù)的延伸。自上世紀(jì)80年代第一代通信技術(shù)（1G）被提出，通信技術(shù)的更新?lián)Q代就再也沒有停止過，第一代通信技術(shù)主要通過模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)。第二代移動(dòng)通信技術(shù)（2G）將智能技術(shù)應(yīng)用其中，使得通信水平有了質(zhì)的飛躍。第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）的采用最前沿的智能信號(hào)處理技術(shù)，為用戶提供高速上網(wǎng)服務(wù)。第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）彌補(bǔ)了3G資源浪費(fèi)的缺陷，并且可以提供高質(zhì)、高速的圖像和視頻傳輸服務(wù)。5G移動(dòng)通信技術(shù)不僅在速度上有了大幅度的提升，而且在技術(shù)上也有了重大改變，它既不是單一的技術(shù)演進(jìn)，也不是幾個(gè)全新技術(shù)的組合，而是將多種技術(shù)進(jìn)行融合，以滿足不同的需求，是一個(gè)真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)。

5G移動(dòng)通信技術(shù)本著“用戶為中心”的理念，旨在提升用戶體驗(yàn)。這使得它具有以下特點(diǎn)：1）速度快（如表1所示）；2）能耗低；3）時(shí)延短；4）頻譜效率高；5）可靠性高；6）數(shù)據(jù)吞吐量大；7）聯(lián)網(wǎng)設(shè)備范圍廣。

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

5G移動(dòng)通信技術(shù)包括很多重要技術(shù)，但其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：無線傳輸技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

1.1 無線傳輸技術(shù)

在5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展過程中，頻譜效率逐漸被重視起來，進(jìn)而引入了大規(guī)模MIMO技術(shù)（即多入多出技術(shù)）。MIMO技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量，這種多天線技術(shù)可以明顯提高系統(tǒng)頻譜和傳輸?shù)目煽啃?。同時(shí)，通過增加天線的數(shù)量，還可以大幅度的提升系統(tǒng)容量。傳統(tǒng)的LET系統(tǒng)中，天線數(shù)量不能超過4根，在LET-A系統(tǒng)中，天線數(shù)量不能超過8根，而有源多天線技術(shù)，可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達(dá)到128根。大規(guī)模MIMO技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：1）空間分辨率較高；2）頻譜效率高；3）將波束集中在一定范圍，可以減少干擾；4）天線數(shù)量夠多時(shí)，線性編碼和檢測可以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。這些都對(duì)提升用戶體驗(yàn)提供了技術(shù)支持。

1.2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)包括多種無線接入技術(shù)，例如，4G、5G、LTE、WLAN等，為了處理好多種無線接入方式并存的問題，人們提出了超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概念。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，拉近了終端和節(jié)點(diǎn)之間的距離，進(jìn)而擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和系統(tǒng)容量，同時(shí)也提升了頻譜效率。但是由于節(jié)點(diǎn)距離的減少，使得網(wǎng)絡(luò)部署更加復(fù)雜，容易出現(xiàn)不兼容的問題。同時(shí)也會(huì)帶來很大的干擾，減低網(wǎng)絡(luò)能效。自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是指增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自組織能力，使網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行自規(guī)劃、自配置、自優(yōu)化和自愈合等操作。這種技術(shù)可以有效地減少人力資源和運(yùn)行成本的浪費(fèi)。改善傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)依靠人工方式完成網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維的現(xiàn)狀，提升了系統(tǒng)的智能性。

2 5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

過去的40多年里，移動(dòng)通信技術(shù)迅猛發(fā)展，隨著業(yè)務(wù)需求的增加，人們一直在追求一種高性能的移動(dòng)通信網(wǎng)路。2012年，歐盟正式啟動(dòng)了METIS項(xiàng)目，同時(shí)還啟動(dòng)了規(guī)模更大的5G-PPP科研項(xiàng)目，旨在確立歐盟在5G領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。英國政府聯(lián)合多家企業(yè)在Surrey大學(xué)成立5G研發(fā)中心，致力于5G技術(shù)的開發(fā)和研究。在亞洲，2013年，韓國啟動(dòng)了“GIGA Korea”5G項(xiàng)目。2014年，日本成立了“2020 and Beyond AdHoc”特別討論會(huì)，研究2020年及以后的無線通信系統(tǒng)，計(jì)劃在2020年東京奧運(yùn)會(huì)前實(shí)現(xiàn)5G商用。2015年，韓國推出了以5G發(fā)展總體規(guī)劃為主要內(nèi)容的“未來移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”，決定在2020年全面推出5G商用服務(wù)?？梢?，5G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)成為全球移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在移動(dòng)通信行業(yè)飛速發(fā)展的今天，我國也緊跟世界腳步，相繼啟動(dòng)了3G和4G移動(dòng)通信863重大研究計(jì)劃，在分布無線組網(wǎng)基礎(chǔ)理論方面做出了一系列重大研究成果，所倡導(dǎo)的TD技術(shù)也入選國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)的華為、中興等移動(dòng)通信企業(yè)也在全球產(chǎn)生了一定的影響力。2013年初，我國成立了IMT-2020推進(jìn)組，專門從事5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究和開發(fā)工作。中興作為該推進(jìn)組的核心成員，擔(dān)任IMT-2020IEEE工作組主席、IMT-2020網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工作組的副主席等重要席位，并牽頭了多個(gè)子工作組的研究工作。同年6月，國家863計(jì)劃啟動(dòng)了5G移動(dòng)通信系統(tǒng)先期研究一期重大項(xiàng)目。項(xiàng)目共設(shè)立7個(gè)課題，主要由北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)、電信科學(xué)技術(shù)研究所和華為公司等知名高校和知名企業(yè)牽頭承擔(dān)。國家973計(jì)劃也部署了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體系創(chuàng)新的研究課題，可見我國對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)研究與開發(fā)的重視程度。

2.2 5G技術(shù)未來的主要研究方向

國際電信聯(lián)盟（ITU）于2013年開始部署5G需求、頻譜及技術(shù)趨勢的研究工作，計(jì)劃在2016年完成技術(shù)評(píng)估方法研究，2018年完成IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)征集，2020年最終確定5G標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)內(nèi)人士表示，未來5G技術(shù)的研究方向?qū)⒅饕性?0大方面：1）密集網(wǎng)絡(luò)；2）終端間直接通信（D2D）；3）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于5G；4）與WIFI聯(lián)合組網(wǎng)；5）新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；6）新型多天線多分布式傳輸；7）將新型信號(hào)處理、調(diào)制編碼技術(shù)應(yīng)用在5G上；8）高頻段的通信；9）頻率共享；10）網(wǎng)絡(luò)智能化。這些都將成為5G移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。

3 展望

2020年，5G移動(dòng)通信技術(shù)將被投入商業(yè)，以適應(yīng)未來移動(dòng)數(shù)據(jù)爆炸式增長的業(yè)務(wù)需求，這也標(biāo)志著5G時(shí)代的開始?！靶畔㈦S心至，萬物觸手及”，是我們對(duì)未來5G時(shí)代的美好愿景。5G時(shí)代的來臨，將滿足人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、高清視頻下載等方面的新需求。1秒鐘下載一部高清電影將不再是夢想，3D交互體驗(yàn)將更加逼真，人們通過互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)掌握城市中一切聯(lián)網(wǎng)物體的位置及相關(guān)信息。可以預(yù)見，在未來，6G時(shí)代、7G時(shí)代、8G時(shí)代、9G時(shí)代、10G時(shí)代等都將紛至沓來，人們的生活方式也將發(fā)生翻天覆地的變化。

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