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浅谈5G移动通信的关键技术及发展趋势

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刘超

摘要：移动互联网和物联网业务的迅猛发展推动了第五代移动通信技术（5G）商业化进程，作为4G时代的接替者，它具有低成本、低能耗、低延迟和安全可靠的特点，以适应新时代移动通信行业的新需求。该文首先对其特点和关键技术进行分析，其次对其发展进程和研究动向进行讨论，最后对其发展前景进行了展望。

关键词：5G；移动通信；技术；发展趋势

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）22-0257-02

第五代移动通信技术（5G）是4G移动通信技术的延伸。自上世纪80年代第一代通信技术（1G）被提出，通信技术的更新换代就再也没有停止过，第一代通信技术主要通过模拟信号传输数据。第二代移动通信技术（2G）将智能技术应用其中，使得通信水平有了质的飞跃。第三代移动通信技术（3G）的采用最前沿的智能信号处理技术，为用户提供高速上网服务。第四代移动通信技术（4G）弥补了3G资源浪费的缺陷，并且可以提供高质、高速的图像和视频传输服务。5G移动通信技术不仅在速度上有了大幅度的提升，而且在技术上也有了重大改变，它既不是单一的技术演进，也不是几个全新技术的组合，而是将多种技术进行融合，以满足不同的需求，是一个真正意义上的融合网络。

5G移动通信技术本着“用户为中心”的理念，旨在提升用户体验。这使得它具有以下特点：1）速度快（如表1所示）；2）能耗低；3）时延短；4）频谱效率高；5）可靠性高；6）数据吞吐量大；7）联网设备范围广。

1 5G移动通信技术的关键技术

5G移动通信技术包括很多重要技术，但其关键技术主要体现在两个方面：无线传输技术和无线网络技术。

1.1 无线传输技术

在5G移动通信技术的发展过程中，频谱效率逐渐被重视起来，进而引入了大规模MIMO技术（即多入多出技术）。MIMO技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量，这种多天线技术可以明显提高系统频谱和传输的可靠性。同时，通过增加天线的数量，还可以大幅度的提升系统容量。传统的LET系统中，天线数量不能超过4根，在LET-A系统中，天线数量不能超过8根，而有源多天线技术，可支持的协作天线数量将达到128根。大规模MIMO技术有以下优点：1）空间分辨率较高；2）频谱效率高；3）将波束集中在一定范围，可以减少干扰；4）天线数量够多时，线性编码和检测可以达到最优状态。这些都对提升用户体验提供了技术支持。

1.2 无线网络技术

5G移动通信网络包括多种无线接入技术，例如，4G、5G、LTE、WLAN等，为了处理好多种无线接入方式并存的问题，人们提出了超密集异构网络技术和自组织网络技术的概念。超密集异构网络技术，拉近了终端和节点之间的距离，进而扩展了网络覆盖范围和系统容量，同时也提升了频谱效率。但是由于节点距离的减少，使得网络部署更加复杂，容易出现不兼容的问题。同时也会带来很大的干扰，减低网络能效。自组织网络技术，是指增强网络的自组织能力，使网络可以进行自规划、自配置、自优化和自愈合等操作。这种技术可以有效地减少人力资源和运行成本的浪费。改善传统移动通信网络依靠人工方式完成网络部署和运维的现状，提升了系统的智能性。

2 5G移动通信技术的发展趋势

2.1 5G移动通信技术的发展进程

过去的40多年里，移动通信技术迅猛发展，随着业务需求的增加，人们一直在追求一种高性能的移动通信网路。2012年，欧盟正式启动了METIS项目，同时还启动了规模更大的5G-PPP科研项目，旨在确立欧盟在5G领域的主导地位。英国政府联合多家企业在Surrey大学成立5G研发中心，致力于5G技术的开发和研究。在亚洲，2013年，韩国启动了“GIGA Korea”5G项目。2014年，日本成立了“2020 and Beyond AdHoc”特别讨论会，研究2020年及以后的无线通信系统，计划在2020年东京奥运会前实现5G商用。2015年，韩国推出了以5G发展总体规划为主要内容的“未来移动通信产业发展战略”，决定在2020年全面推出5G商用服务。可见，5G移动通信技术已经成为全球移动通信领域的研究热点。

在移动通信行业飞速发展的今天，我国也紧跟世界脚步，相继启动了3G和4G移动通信863重大研究计划，在分布无线组网基础理论方面做出了一系列重大研究成果，所倡导的TD技术也入选国际标准，国内的华为、中兴等移动通信企业也在全球产生了一定的影响力。2013年初，我国成立了IMT-2020推进组，专门从事5G移动通信技术的研究和开发工作。中兴作为该推进组的核心成员，担任IMT-2020IEEE工作组主席、IMT-2020网络技术工作组的副主席等重要席位，并牵头了多个子工作组的研究工作。同年6月，国家863计划启动了5G移动通信系统先期研究一期重大项目。项目共设立7个课题，主要由北京邮电大学、清华大学、电信科学技术研究所和华为公司等知名高校和知名企业牵头承担。国家973计划也部署了移动网络体系创新的研究课题，可见我国对5G移动通信技术研究与开发的重视程度。

2.2 5G技术未来的主要研究方向

国际电信联盟（ITU）于2013年开始部署5G需求、频谱及技术趋势的研究工作，计划在2016年完成技术评估方法研究，2018年完成IMT-2020标准征集，2020年最终确定5G标准。业内人士表示，未来5G技术的研究方向将主要集中在10大方面：1）密集网络；2）终端间直接通信（D2D）；3）互联网技术直接应用于5G；4）与WIFI联合组网；5）新型网络架构；6）新型多天线多分布式传输；7）将新型信号处理、调制编码技术应用在5G上；8）高频段的通信；9）频率共享；10）网络智能化。这些都将成为5G移动通信技术飞速发展的重要驱动力。

3 展望

2020年，5G移动通信技术将被投入商业，以适应未来移动数据爆炸式增长的业务需求，这也标志着5G时代的开始。“信息随心至，万物触手及”，是我们对未来5G时代的美好愿景。5G时代的来临，将满足人们对虚拟现实、智慧城市、物联网、高清视频下载等方面的新需求。1秒钟下载一部高清电影将不再是梦想，3D交互体验将更加逼真，人们通过互联网云平台，可以实时掌握城市中一切联网物体的位置及相关信息。可以预见，在未来，6G时代、7G时代、8G时代、9G时代、10G时代等都将纷至沓来，人们的生活方式也将发生翻天覆地的变化。

参考文献：

[1] 赵栋梁.对5G移动通信发展的思考[J].信息通信，2015（9）.

[2] 李革.我国5G移动通信的关键技术与发展趋势[J].科技传播，2016（1）.

[3] 姚宏杰.5G移动通信的关键技术及其进程[J].通讯世界，2015（6）.

[4] 赵国锋，陈婧，韩远兵，等.5G移动通信网络关键技术综述[J].重庆邮电大学学报：自然科学版，2015（4）.

[5] 尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学：信息科学，2014（5）.

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