5G移動通信關鍵技術與發展趨勢研究

梁燕 常新征

【摘要】 移動通信技術以其提升信息化水平為發展目標，對于推動國民經濟發展意義重大。第5代移動通信系統（5G）是目前移動通信領域關注最熱的新一代移動通信系統，目前有關技術仍處于起步和發展探索階段。本文對于5G移動通信涉及到的主要關鍵技術以及未來的發展趨勢展開了研究。

【關鍵詞】 5G 無線傳輸 網絡技術 SDN

一、5G移動通信的概述

IMT-2020（5G）推進組在5G概念白皮書中提到，5G在2020年以后將成為第五代的移動通信系統?？v觀移動通信技術自應用（2G-3G-4G）以來的發展趨勢推論，5G相對4G來說最明顯的進步體現在傳輸速率和頻譜利用率的大幅提高。5G大范圍的應用和推廣離不開無線移動技術和網絡技術的大力支持，兩者相輔相成共同打造功能更加強悍的通信網絡，從而實現未來十年互聯網移動通信網速上升到目前的1000倍的偉大目標[1]。

二、5G 無線移動關鍵技術

2.1 無線傳輸技術

未來5G在無線技術領域中最為矚目的突破是多人多出（MIMO）技術的變革。MIMO技術的核心思想是采取多天線方式完成信號的無線傳輸，進而在保證信號傳輸性能的前提下降低傳輸成本。大規模MIMO技術的應用要求整個基站投入使用數量充足的天線進行信號的發送、傳輸與接收。這是因為無線信號在傳輸過程中自身分解形成不同單獨的子信號，子信號各自具備單獨的空間流。5G移動通信中MIMO無線傳輸技術能夠采用多個天線完成同時收發不同空間流的功能，并且不會混淆源自于不同方位的信號。另外，MIMO技術還能夠為無線傳輸信道提供理想的空間復用增益和分集增益。因此，5G中信道的衰落現象將明顯減弱，進而衡量傳輸質量的誤碼率也大幅降低。由此可見，運用MIMO技術能夠進一步挖掘空間資源，擴大無線信號的物理覆蓋范圍。

2.2基于濾波器組的多載波技術

在5G移動通信系統中，多載波方案著重采用濾波器組多載波（FBMC）技術。FBMC技術應用網絡類型為不具備中心的網絡架構，如無固定設施的網絡或對等網絡，可有效改善頻譜效率過低、多徑衰落嚴重等問題。對于上述類型的通信網絡來說，部分設備出現故障，整個網絡系統無故障部分仍可維持一定的通信能力，重要的通信不會因此受影響。由此可見，應用FBMC技術的通信網絡魯棒性和生存性都較為理想，同時能夠提高信號的接收效果，適用于高速率通信需求業務的處理。

2.3全雙工技術

全雙工通信技術在移動通信領域指的是信息傳輸可實現雙向通信，并且保持同時同頻的通信方式。理論上來說，應用全雙工通信技術的通信系統中頻譜利用率為傳統通信系統的2倍，頻譜靈活性進一步提升。從提高頻譜利用率角度出發，隨著硬件水平不斷提升以及數字信號處理技術的深度挖掘，未來5G移動通信系統將充分利用全雙工技術為無線傳輸所服務。但這需要首先解決全雙工技術當前所面臨的來自實際設備中自干擾的難題。雖然目前提出的一些干擾抵消技術如模擬端干擾抵消等能夠在簡單的實驗環境（單基站、小終端數量）中大力改善自干擾問題，但對于較為復雜的場景（大基站和大量終端）仍未得到有效解決方案。

三、5G網絡關鍵技術

網絡通信和計算機技術是當今信息技術時代發展最為迅猛的兩大技術，云計算、數據中心等新興產業要求網絡的可擴展性、安全性、靈活性等方面均需實在質的飛躍。軟件定義網絡（SDN）開創了網絡架構的新時代，其核心思想通過抽離網絡設備的控制平面從而實現控制與轉發功能解耦，其控制功能由專屬的控制器負責，從而大幅降低運營成本，提高全網性能。因此未來5G移動通信系統將利用SDN技術來優化整個網絡的管控功能，從而驅動整個移動通信的生態系統。SDN網絡架構支撐下的5G移動通信系統被劃分為接入云、控制云和轉發云三個域。接入云負責不同無線制式的接入功能，通過分別部署集中式和分布式不同的接入架構，管理系統中的回傳鏈路，無線資源管理更加靈活、高效；控制云則遵循控制與轉發分離的基本原則，主要負責會話控制、系統移動性的管理和QoS保證；轉發云則需收到控制云的控制，對底層資源進行調度，完成大批量業務數據流的高質量、高效率傳輸[2]。

四、 總結及展望

5G移動通信技術能夠滿足面向2020年移動互聯網業務的高速、大容量、高標準需求，可支持連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠等四個主要技術場景。5G移動通信技術主要有兩條實現技術路線：新技術的研發應用以及在當前已經商業化的4G移動通信技術基礎上平滑演進，5G技術一旦成熟且進入商業化發展階段，Gbps用戶體驗速率則不再是紙上談兵，同時可為多種場景下的不同業務需求均提供一致性服務，由此降低投入成本和管理成本。

參 考 文 獻

[1] 彭景樂.5G移動通信發展趨勢與相關關鍵技術的探討[J].中國新通信，2014，20：52.

[2] Boccardi. F， Heath. R. W， Lozano. A， et al. Five Disruptive Technology Directions for 5G[J]. IEEE Communications Magazine， 2014， 52（2） ： 74-80.