4G和5G技術發(fā)展研究

李冰冰

摘要：隨著科學技術的迅猛發(fā)展，移動通信技術發(fā)生了深刻變革。曾經(jīng)廣泛使用的移動3G技術將慢慢淡出人們的視野，隨之而來的是4G和5G技術的研發(fā)和廣泛使用。文章對目前熱門的4G和5G關鍵技術進行了論述。

關鍵詞：4G；5G；移動通信技術；移動通信工具；手機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2015）34-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.001

手機是我們最常用的電器設備，與我們的生活息息相關，因此通訊行業(yè)的技術進步與我們的關系最為密切。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，移動通信技術不斷變革，如今通訊技術發(fā)展可謂日新月異，從2G和3G，到4G和5G，移動通訊技術不斷創(chuàng)新發(fā)展。2013年12月，國家準許4G進入市場，第四代移動通信4G技術正式登場，而此時，在技術發(fā)達國家，代表更新更快的新一代移動通信第五代移動通信系統(tǒng)（5G）的研發(fā)早已經(jīng)競相開展。4G和5G技術相繼走入人們的視野。那么4G和5G到底有哪些技術呢？

4G是第四代移動通信技術的簡稱，相比上一代3G技術，其傳輸速率快、傳輸質(zhì)量高，而成本卻大大降低。4G在技術方面主要采用了多址方案、智能天線技術、軟件無線電技術等。下面詳細介紹一下4G關鍵技術的特點。4G采用多址方案的正交頻分復用技術，其主要思想是劃分信道提高利用率。將原有信道進行拆分，拆分后子載波分別傳輸，并行到達。信號傳出信道路途相對平坦，但帶寬較小。這樣信號抗干擾能力加強，但帶來了系統(tǒng)的復雜性。智能天線技術是波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線，可以抑制信號干擾、自動跟蹤和調(diào)節(jié)數(shù)字波束。根據(jù)信號波根據(jù)發(fā)射方向做出自我調(diào)節(jié)，對相對同步的信號動態(tài)區(qū)分。自我調(diào)節(jié)信號到達的區(qū)域，而想要到達的波束方向不變，附帶干擾波束不影響主波。應用數(shù)字信號處理技術，產(chǎn)生空間定向波束，信號的干擾是每一代通信系統(tǒng)著力解決的問題。每一項技術的研發(fā)都離不開降噪。智能天線是目前應用中比較理想的降噪方法，并且使系統(tǒng)的容量大大提高，降噪的同時保證了信號質(zhì)量，擴大了覆蓋區(qū)域，同時降低了建設成本。軟件無線電是采用數(shù)字信號處理技術，通過軟件代替硬件來完成相應的功能，也就是用軟件來實現(xiàn)物理層鏈接的無線通訊方式。其主要是用寬帶無線接收機代替原來的窄帶接收機，把數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化器放在天線周圍使用，用軟件完成信號規(guī)則設置。軟件無線電技術系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以通用，功能實現(xiàn)靈活，方便升級，系統(tǒng)抗干擾進一步加強，滿足不同類型的網(wǎng)絡和接口。4G系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)通并無障礙，連接便利。獨立完成信號接入。能獨立完成點到點的所有IP業(yè)務，能與核心網(wǎng)互聯(lián)互通。這一開放結(jié)構(gòu)帶來了很大便利，原本需要轉(zhuǎn)換接口的技術支持和設備準備無需再用，而各項功能也逐一實現(xiàn)，彼此完成。獨立的IP技術使原本相互依存的無線接入方式和物理層彼此獨立。IP核心網(wǎng)與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，在設計核心網(wǎng)絡時不必考慮采用哪種方式和協(xié)議，接入都非常靈活。除此之外，4G系統(tǒng)對接收機的性能要求很高。

目前4G已經(jīng)進入密集的推廣應用階段，大部分手機也開始支持4G網(wǎng)絡，我們都能體驗到4G網(wǎng)速的提高。而隨著科技的發(fā)展和未來需求的膨脹，5G早已進入如火如荼的研發(fā)階段。4G時代必然會向技術更新速度更快的5G市場走去。未來5G將能帶來更快的手機上網(wǎng)體驗和更豐富的手機應用，比如通過手機遙控家用電器甚至汽車，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。通訊行業(yè)，5G未來也意味著技術標準主導權和專利話語權的爭奪。每一代通信網(wǎng)絡都會形成一批以專利為代表的知識產(chǎn)權成果，參與其中的廠商占比的多少會影響著它們在未來數(shù)年從行業(yè)獲取的利潤的多少。華為在4G技術中的知識產(chǎn)權占比達到25%，5G有望實現(xiàn)更多專利。新一代通信技術的應用和普及還會帶來新一輪的投資熱潮。從技術層面來看，5G不是一次革命，5G是4G的延續(xù)，5G在核心網(wǎng)部分不會有太大的變動，其關鍵技術集中在無線部分。目前還沒有定論究竟會采用何種技術，現(xiàn)將目前使用的若干技術進行簡述。

5G不再戀戰(zhàn)低頻段轉(zhuǎn)而投向空間廣闊的高頻領域，使得頻譜資源豐富起來，比如厘米波段和毫米波段的資源都能使用。頻譜領域的打開拓展了技術的設計和功能研發(fā)的空間，并且加快了短距離通信速度。新型天線技術也是5G探索的技術。新型多天線技術早在前幾代通訊技術時代也有過考量，無源技術和有源技術都有過研發(fā)和實踐，也積累了豐富的經(jīng)驗，包括二維技術和后來的三維技術支持。隨著科技的發(fā)展，將在頻譜效率提升上大做文章，我們期待速率實現(xiàn)更大的突破。前幾代通訊技術一直采用的組網(wǎng)方式是蜂窩通信系統(tǒng)，把基站作為中心覆蓋小區(qū)。而基站是無法移動的，結(jié)構(gòu)不靈活，5G可能不再使用類似的基站。

5G也在探索一種全雙工技術。在同一信號上，通信的發(fā)射方和接收方同時發(fā)送和接收信號，同時開工，使效率加倍。5G技術將會更加多元、更加綜合、更加智能，以滿足未來數(shù)據(jù)流量的無數(shù)倍增長。C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)，能夠接入集中處理和實時云計算功能，也是未來主要使用的技術之一。目前主要的研究內(nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作。類似基站簇、虛擬小區(qū)的思想也在此技術下進行研發(fā)。通訊工具在近幾十年悄然改變我們的生活，與我們的工作和生活的聯(lián)系越來越密切，從發(fā)送消息的傳呼機到手機通訊，從使用手機打電話、發(fā)短消息再到使用手機玩游戲、看視頻、上網(wǎng)辦公的智能機器，越來越多的功能將運用到手機中，手機將成為我們的全體設備遙控指揮中心。手機給我們的生活帶來很大便利，很多行業(yè)制作了客戶端供手機用戶使用，可以通過手機瀏覽網(wǎng)絡、在線購物、在線學習、銀行交易、手機導航、手機查詢等。手機客戶端的使用非常便利，受到用戶的青睞，將來手機功能的需求會越來越大，那么手機承載了如此多的功能，通訊網(wǎng)絡的速率支持，質(zhì)量支持也是大大考驗著5G的研發(fā)人員，究竟要帶給我們什么樣的5G未來。因此，所有的技術無一例外地支持速率、支持降噪、支持安全。使用D2D實現(xiàn)直接通信，新型的網(wǎng)絡架構(gòu)都是目前5G研發(fā)的熱點。

盡管此時5G技術尚沒有最終的標準，但當我們剛剛升級使用到4G網(wǎng)絡的時候，世界上很多國家早已投入到5G的戰(zhàn)斗中來，大部分國家和企業(yè)都投入了大量資金到5G技術的研發(fā)中，爭分奪秒地搶奪未來制定5G規(guī)則的話語權。5G并不是某一種技術的進步，也不是哪一個新技術的應用。5G是3G和4G的融合發(fā)展，將實現(xiàn)前幾代網(wǎng)絡的共存發(fā)展，是一個完全的融合網(wǎng)絡，前期鋪蓋的基礎設施完全可以繼續(xù)使用。實現(xiàn)5G是未來通信技術的發(fā)展趨勢。5G將通過更高的頻譜效率、更多的頻譜資源以及更密集的小區(qū)部署等共同滿足移動業(yè)務流量增長的需求。未來5G究竟如何發(fā)展，我國通訊技術的發(fā)展和專利占比能否達到一個新的高度，讓我們共同期待。

參考文獻

[1] 尤肖虎.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關鍵技術[J].中國科學，2014，（5）.

[2] 張獻英.第四代移動通信技術淺析[J].數(shù)字通信世界，2011，（6）.

（責任編輯：周 瓊）