淺談5G移動(dòng)通信

欒文濤

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué),山東泰安 271000)

淺談5G移動(dòng)通信

欒文濤

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué),山東泰安 271000)

4G應(yīng)用方興未艾,5G戰(zhàn)場硝煙已起。在中國通信運(yùn)營商大力推廣4G的當(dāng)口,日前,有消息稱,華為已投入6億美元資金用于5G技術(shù)的研發(fā),意在搶占行業(yè)制高點(diǎn)。國外通信巨頭愛立信等企業(yè)也不甘示弱,紛紛在技術(shù)研發(fā)及專利布局上展開較量,著力于打造統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

5G移動(dòng)通信 5G的關(guān)鍵技術(shù) 5G的應(yīng)用等

1 引言

從僅能實(shí)現(xiàn)語音通話的AMPS(1G)；保密性強(qiáng)、頻譜利用率較高、提供多種業(yè)務(wù)、針對語音通話設(shè)計(jì)的GSM(2G)；通過引入分組無線服務(wù)實(shí)現(xiàn)更多業(yè)務(wù)的服務(wù)的GPRS(2.5G)；語音業(yè)務(wù)為主的多媒體數(shù)據(jù)通信從而實(shí)現(xiàn)全球無線大面積覆蓋的WCDMA、cdma2000、TD-SDMA(3G)；高速高分辨率并且服務(wù)資費(fèi)更低IMT-Advanced (4G)；到應(yīng)用范圍更廣，安全性極高，速度極快的5G移動(dòng)通信的過程是一個(gè)不斷演變的過程，它們同時(shí)存在。移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率更是發(fā)生了從2G的20-200Kb/s到5G的150M/s的驚天變化。

2 5G移動(dòng)技術(shù)概述

5 G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡稱，與以往的四代移動(dòng)通信技術(shù)不同的是5G并不是獨(dú)立存在的，也不是全新的無線接入技術(shù)，而是在前4代的基礎(chǔ)上增加一些無線接入技術(shù)而形成的，并實(shí)現(xiàn)與2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的共存。簡而言之，5G是一個(gè)真正的融合網(wǎng)絡(luò)。

據(jù)預(yù)測，在2020年的數(shù)據(jù)流量需求將比2010年的增長至少一千倍。所以更需要一個(gè)與其相適應(yīng)的移動(dòng)通信技術(shù)，5G通信技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。2015.2國際電信聯(lián)盟正式啟動(dòng)研究5G標(biāo)準(zhǔn)的工作，預(yù)計(jì)會(huì)在2020年左右完成標(biāo)準(zhǔn)的制定。全球有望公用一個(gè)5G標(biāo)準(zhǔn)，這會(huì)是一個(gè)跨時(shí)代的壯舉。

3 5G的優(yōu)勢在哪？

雖然4G網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)信息處理和傳輸速度上基本上達(dá)到了理想狀態(tài)，但是還是有一定的差距的，5G在這方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢。

(1)容量：5G通信技術(shù)將比4G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)在單位面積內(nèi)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長1000倍。(2)傳輸速率：5G通信的峰值傳輸速率將到達(dá)10Gbps，4G為100Mbps左右，也就意味著大部分用戶的數(shù)據(jù)速率提升10到100倍，端到端的時(shí)延也將縮短5倍。(3)可接入性：低功率、低功耗MMC的電池持續(xù)時(shí)間延長10倍，更有利于低能環(huán)保。(4)技術(shù)融合：高頻譜資源會(huì)更多的應(yīng)用于5G移動(dòng)通信技術(shù)，高頻段的無線電波受到穿透能力的限制，無線與有線技術(shù)的融合、光載無線組網(wǎng)等技術(shù)會(huì)被更多的應(yīng)用于5G通信。(5)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：5G有望使全球共用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，4G雖然開啟了移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的融合，但是在TD-LTE和FDD-LTE之間競爭。

4 5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 高頻段傳輸

以往四代移動(dòng)通信的傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這就造成這段頻譜十分的擁擠，而高頻段尚未得到開發(fā)，高頻段(如毫米波頻段)的可用頻譜資源十分的豐富，如果高頻段的頻譜得到開發(fā)那么就會(huì)有效的緩解低頻段頻譜擁擠的問題，可以更快速的短距離通信，可以支持5G通信技術(shù)在容量和傳輸速率上的巨大需求。

高頻段的開發(fā)是未來的發(fā)展趨勢，大量的可用帶寬、小型的天線和機(jī)器設(shè)備、較高的天線增益是發(fā)展高頻段移動(dòng)通信的優(yōu)點(diǎn)。但是高頻段傳輸也有缺點(diǎn)，列如傳輸?shù)木嚯x短、繞射和穿透的能力差、天氣影響較大，這些問題都有待進(jìn)一步的解決。

4.2 新型多天線傳輸技術(shù)

多天線技術(shù)經(jīng)歷從無源到有源，從2D(二維)到3D(三維)，從MIMO到大規(guī)模的陣列發(fā)展，可以使頻譜效率大大提高。

有源天線陣列的引入使協(xié)作基站的天線數(shù)量達(dá)到128根。此外，2維的天線陣列將發(fā)展成三維天線陣列，支持多用戶智能膩型，減少用戶之間的干擾，結(jié)合高頻段通信技術(shù)進(jìn)一步改善無線信號(hào)對用戶覆蓋性能。

4.3 同時(shí)同頻全雙工技術(shù)

由于技術(shù)條件的限制，在現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)中還不可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻的全雙工通信，雙向鏈路包括TDD和FDD倆種，二者并不兼容，因此在理論上浪費(fèi)了一半的資源。

最近幾年同時(shí)同頻全雙工技術(shù)得到了重視，利用這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在同一頻譜上收發(fā)雙方同時(shí)接收和發(fā)射信號(hào)，可以提高頻譜的利用率。

全雙工技術(shù)仍存在許多問題，比如自干擾嚴(yán)重等問題，這些問題仍然需要進(jìn)一步的解決，從而使全雙工技術(shù)得到更好的應(yīng)用。

4.4 D2D技術(shù)

D2D技術(shù)是允許終端和終端之間通過復(fù)用小區(qū)資源來進(jìn)行直接通信的新型技術(shù)，D2D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、較低的時(shí)延和低功耗、增加蜂窩通信的頻譜效率、降低發(fā)射功率、高質(zhì)量的通信還能改善頻譜資源短缺的問題。

4.5 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5 G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)，C-RAN是基于實(shí)時(shí)云計(jì)算、集中化處理和協(xié)作式無線電的無線接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN架構(gòu)能搞削減干擾、降低功耗、提升頻譜利用率，同時(shí)集中處理有利于維護(hù)從而減少運(yùn)營成本。

4.6 密集和超密集組網(wǎng)技術(shù)

5 G朝著寬帶化、綜合化、智能化、多元化的方向發(fā)展。隨著各種智能終端的大量普及，數(shù)據(jù)流量的需求便會(huì)與日俱增。未來的數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)會(huì)主要集中在室內(nèi)，這就要求有密集和超密集的組網(wǎng)技術(shù)才能與之相匹配。密集和超密集組網(wǎng)技術(shù)能夠大幅度的提升系統(tǒng)容量，改善覆蓋問題，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行粉瘤，提高頻譜的復(fù)用率。

5 5G的發(fā)展現(xiàn)狀

5.1 國外的發(fā)展?fàn)顩r

(1)韓國三星：韓國三星公司宣布稱其在5G通信技術(shù)上取得了突破性的進(jìn)展，可在一秒鐘之內(nèi)下載一部影片。(2)歐盟：歐盟成立METIS并投資2700萬歐元進(jìn)行5G通信技術(shù)的研究。(3)英國：英國薩里大學(xué)的5G研究中心打破韓國三星7.5GB每秒的無線傳輸速率的記錄，一秒鐘可下載30部高清影片。

5.2 我國5G通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在過去的十幾年里我國都積極的推進(jìn)3G和4G通信技術(shù)的研究，當(dāng)然在5G研究上不會(huì)扯后腿。在13年初在政府部門的大力支持下，我國成立了5G研究小組，爭取在2020年可以使用，擴(kuò)大我國在通信技術(shù)領(lǐng)域的國際影響力。

6 結(jié)語

根據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，5G通信技術(shù)將會(huì)在2020年使用，5G的主要目的是為了適應(yīng)飛快發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)還有巨大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。如果5G研制成功，全球有望共用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，與前四代移動(dòng)通信技術(shù)兼容，是一個(gè)真正融合網(wǎng)絡(luò)，5G將是一個(gè)跨時(shí)代的壯舉。

[1]陶小峰.《4G/B4G關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)》.

[2]李建東.《移動(dòng)通信》.