5G移动通信发展趋势与若干关键技术

摘 要 5G移动通信系统是新一代的移动通信系统，目前还处于研究阶段，预计在2020年之后投入应用。本文从5G移动通信系统的基本需求、技术特点等方面对其发展趋势进行了分析，并从无线传输和无线网络两部分对5G移动通信系统的关键技术进行了分析。

【关键词】5G 移动通信 发展趋势 关键技术

1 5G移动通信系统的发展趋势

5G移动通信系统是新一代的移动通信系统，目前正处于研究探索阶段。作为新一代的移动通信系统，与4G移动通信系统相比，其在传输速率和资源利用率等方面都有显著地提升。同时，其在无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验等方面也远超现有的4G移动通信技术。通过将其和其他的无线移动通信技术进行结合，能够构建出无所不在的移动信息网络，从而满足未来互联网流量增加的发展需求。除此之外，在未来5G移动通信技术还将拓展其应用领域，提升其对海量传感设备及机器与机器 （M2M） 通信的支撑能力，从而实现更广泛的应用。为了应对移动信息时代的快速变化，5G移动通信技术还需要具备较高的灵活性，拥有网络自感知、自调整等智能化能力。从目前来看，5G移动通信技术的发展呈现出了以下几方面的特点：

（1）更加注重用户体验，将在网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力方面提升其性能。

（2）将会探索以多点、多用户、多天线、多小区协作组网方式，从体系构架方面来探索提升系统的性能。

（3）提升5G室内无线覆盖性能。

（4）通过广泛的应用无线与有限融合、光载无线组网等技术，实现高频段波普资源的充分利用。

（5）具有根据业务流量来就进行网络资源实时调节的能力，从而提高资源的利用率，实现运营成本的下降并减少能源的消耗。

2 5G移动通信系统的关键技术分析

5G移动通信系统性能的提升主要依靠两方面的技术，一是超高效能的无线传输技术，二是高密度的无线网络技术。无线传输技术中主要包括大规模 IMO 的无线传输技术、全双工技术、基于滤波器组的多载波技术等，无线网络技术主要包括超密集异构网络技术、组织网络技术、软件定义无线网络和内容分发网络等，下面者两方面技术进行介绍。

2.1 无线传输技术

2.1.1 大规模MIMO 的无线传输技术

目前，在多种无线通信系统中，如3G、LTE、WLAN等都应用着多天线技术，这种技术能够有效的提升系统频谱效率以及传输的可靠性，并且随着天线数量的增多，这种提升的效果越为为明显。并且，如果接收和发射的天线数量都很大，那么MIMO信道的容量也会和收发天线中的最小值呈现出线性的增长关系，也就是说采用大数量的天线能够有效的提升系统的容量，但目前应用多天线技术的无线通信系统中并没有使用太多的天线数量，这是由于受到空间和实现的复杂度等技术条件的限制。2010年Marzetta首次提出了大规模MIMO技术，经过几年来的研究发现，和现有的MIMO技术相比大规模MIMO技术分辨率更高，能够更充分的挖掘空间维度资源，能够在不增加基站密度和带宽的情况之下，使波谱频率得到大幅度的提高。同时还能够使波束集中在非常窄的范围之内，从而降低干扰。此外，该技术就能够降低发射功率，使功率的效率得到较大的提升。目前，研究人员正对大规模MIMO技术的信道模型、容量和传输技术性能分析、预编码技术、信道估计与信号检测技术等方面进行研究，使该技术能够更好的应用。

2.1.2 基于滤波器组的多载波技术

在5G移动通信系统中，需要高达1 GHz的带宽来满足高数据速率的需求，目前常用的OFDM技术由于难以利用不连续的频谱资源，所以不能满足5G移动通信系统的要求。研究人员进行了大量的研究发现，基于滤波器组的多载波能够有效的利用零散的波谱资源，能够有效的满足5G系统的需求。在这种多载波技术中，多载波的调制工作由发射端通过合成滤波器组的方式实现，而多载波解调则是由接收端通过分析滤波器组的方式实现的，同时，成员滤波器都是由原型滤波器经载波调制而得到的调制滤波器

2.1.3 全双工技术

全双工技术能够实现同时、同频的双向通信。在目前存在的无线通信系统中都没有实现同时同频的双向通信，都是采用时间或者频率进行区分的双向链路，这是由于无线通信系统中的网络侧和终端侧都存在着发射信号对接受信号的自干扰现象，由于这种条件的限制，极大的浪费了无限资源。在全双工理论中，能够实现同时同频的双向通信，有效的提升波谱资源的利用率，也正因此，全双工技术已经成为了研究的重点内容。

2.2 无线网络技术

无线网络技术最主要包括超密集异构网络技术、组织网络技术、软件定义无线网络和内容分发网络等几种关键技术。其中在超密集异构网络技术中，激活用户书和站点数的能够达到1：1的比例，从而使网络节点能够更接近终端，使功率效率和频谱效率等都得到较大的提升，进而使系统的容量得到提升。自组网络技术是指使网络具有自组织能力，也就是实现网络的智能化，使其具备自配置、自由化和自愈合等功能，从而使网络规划、部署、维护、优化和排障等工作都可以自动进行，降低运营的成本，实现高效的网络运行，更好的满足客户的需求。软件定义网络这一技术的基本内容是实现路由器中路由决策等控制功能和设备的分离，然后由中心控制器通过软件来统一的控制这些功能，从而使控制和转发两种功能的分离，实现更加灵活的控制，并且使设备便得更加的简单。内容分发网络使用緩存服务器，并且会将其分布到用户访问较为集中的地区，在工作过程中，其会在综合考虑网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等各种信息，然后将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上，这样用户就可以在最近的服务节点获取所需要的内容，能够有效的解决网络的拥堵情况，使网站的响速度得到提升。

参考文献

[1]薛晓勇.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国新通信，2016，18（10）：115-115.

[2]唐忠杰.关于5G移动通信发展趋势分析及若干关键技术探讨[J].中国新通信，2016，18（20）：6-7.

作者单位

国际关系学院 北京市 100091