4G與5G關鍵技術的比較

范曉寒

國家知識產權局專利局，北京 100088

4G與5G關鍵技術的比較

范曉寒

國家知識產權局專利局，北京 100088

4G移動通信技術逐漸取代2G和3G移動通信技術而廣泛應用，于是5G移動通信技術應運而生。未來5G網絡是一個多網絡、多頻段、多制式的混合網絡，相對4G頻譜效率將顯著提升，各國開始著眼于5G的研究與開發。通過比較4G和5G的重要關鍵技術，對實現4G到5G的平滑升級提供了參考。

5G；4G；關鍵技術；比較

引言

通信技術的每一次更新換代，都會帶來翻天覆地的變化，3G向4G過渡時如此，4G發展到5G亦將如此。5G的發展是全球移動通信領域新一輪技術競爭的開始。及早布局，力爭在未來5G技術與商業競爭中的獲得領先優勢，成為各國信息產業發展的要務之一。

1 4G關鍵技術概述

1.1 正交頻分復用（OFDM）技術

OFDM是4G最重要的關鍵技術之一，能夠最大限度的提高系統的運行性能。在多載波調制范圍內應用正交頻分復用技術，信道可以分解為多個正交子信道，在每個子信道里進行數據傳輸。在信道的多徑效應影響下，OFDM能夠有效消除頻率選擇性衰落，避免碼間串擾，提高了通信的性能。[1]

1.2 智能天線（adaptive antenna array，AAA）技術

智能天線技術是一種基于自適應天線原理的移動通信技術，具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節等智能功能，并可以同時獲取基站和移動站之前的各個鏈路方向特性。智能天線成形波束能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內的信號，既能改善信號質量又能增加傳輸容量。智能天線在消除干擾、擴大小區半徑、降低系統成本、提高系統容量等方面具有不可比擬的優越性，因此在4G通信系統中得到廣泛應用。

1.3 空分多址技術

空分多址技術利用空間劃分，獲取不同方位的信息和地址。這樣傳輸信號能夠在有限的頻率資源中進行有效的傳輸，各種途徑的傳輸信號在特定同一時間間隙領域中的實現，可以提高傳輸信號在有限的頻率資源中的傳輸效率。此外，對于各類渠道的傳輸信號來講，在相同時間內，利用空分多址技術可以有效避免各個信號之間的相互干擾，使得信號質量大大提高。

2 5G通信網絡的關鍵技術

2.1 大規模MIMO 技術

大規模MIMO技術是5G最關鍵的技術之一，也稱大型天線系統。作為提高系統頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段，大規模MIMO技術已經應用于多種無線通信系統，例如，3G系統、LTE、LTE-A、WLAN 等。根據信息論，天線數量越多，頻譜效率和可靠性提升越明顯。在4G基礎上，由最多8根天線達到最多數百至數千根服務天線的使用，大規模MIMO技術的采用可使基站的多個用戶實現同時即時通信。額外的天線有助于把信號能量傳輸和接收整合微小空間，這使得在同時調度大量用戶終端時可以增加吞吐量和改善能源效率。在天線的配置方式上，多個天線既可以集中地配置在一個基站上，形成集中式的大規模MIMO，也可以分布式地配置在多個節點上，形成分布式的大規模MIMO。

大規模MIMO技術的優勢主要在于：第一，在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率；第二，將波束集中在很窄的范圍內，從而大幅度降低干擾；第三，大幅降低發射功率。

目前中國的大唐、華為、中興都已經完成了有關大規模MIMO技術的測試，使得2020年國內大范圍實現5G技術成為了可能。

2.2 毫米波通信技術

毫米波是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發展。目前世界上現有可利用頻段資源非常有限，所用的無線電頻譜都在6 GHz以下，而處在毫米波頻段上（3～60 GHz）的資源雖然豐富，卻尚未被充分開發利用。因此，5G將在9.9～86 GHz上展開全新RAT技術研究。9.9～86 GHz主要用來做超密集網絡（UDN），所以UDN層和LTE 層將會重疊覆蓋，并且互操作耦合。隨著基站天線規模的增加，能夠在有限的空間內部署更多天線也要求通信的波長不能太長。毫米波通信技術為未來實現可觸式互聯網、低時延性的虛擬現實以及3D等應用的研究提供了新的發展方向。

2.3 雙全工通信技術

雙全工通信技術是同時同頻進行雙向通信的技術手段。由于無線通信系統中，網絡側和終端側存在固有的發射信號對信號接收的干擾，同時同頻進行雙向通信技術還不夠完善，還不能實現同時同頻的雙向通信，浪費了大量的無線資源，例如頻率和時間。因此，全雙工通信技術成為了5G移動通信技術的無線傳輸技術中一個重要的研究方向。全雙工通信技術可以減少無線資源的浪費，可實現更加靈活的頻譜使用。實現全雙工通信技術面臨的主要問題是自干擾的抵消。目前已研發出各類干擾抵消技術，包括模擬端干擾抵消、對已知的干擾信號的數字端干擾抵消及它們的混合方式、利用附加的放置在特定位置的天線進行干擾抵消的技術等。通過這些技術的聯合應用，在特定的場景下，能消除大部分的自干擾。

3 結束語

在4G技術還未全面普及的今天，諸如大規模MIMO技術、毫米波通信技術以及全雙工通信技術等5G關鍵技術已經在實踐中得到了驗證，充分表明了移動通信技術發展之迅猛。5G技術的研發尚處于初期階段，但是在2020年之后便可實現大規模商用，為用戶帶來新的業務體驗。現在已經進入確定5G技術需求和關鍵指標的關鍵時期。隨著研究的不斷深入，5G關鍵技術將逐步得以明確，未來幾年，5G移動通信技術將進入實質性的標準化研究與制定階段。

[1]王軍選.第四代移動通信系統及其關鍵技術研究[J]. 電信科學，2009（3）：12.

Comparison of 4G and 5G Key Technologies

Fan Xiaoyan
State Intellectual Property Office of the Patent Office, Beijing 100088

4G mobile communication technology gradually replaced 2G and 3G mobile communication technology and widely used, so 5G mobile communication technology came into being.The future 5G network is a multi-network,multi-band, multi-standard hybrid network, the relative 4G spectrum efficiency will be significantly improved, countries began to focus on 5G research and development.This article by comparing 4G and 5G important key technology, to achieve 4G to 5G smooth upgrade provides a reference

5G; 4G; key technology; comparison

TN929.5

A

1009-6434（2017）3-0119-02