5G移動通信技術發展研究

宋晉陽

（太原理工大學，山西 太原 030024）

0 引 言

自21世紀以來，人們越來越重視科技的發展和應用。主流通信技術從前幾年的2G、3G技術，一直發展到現在的4G技術，再到幾年后即將投入應用的5G技術，過渡時間越來越短，充分體現科技發展的速度在逐步加快。在不久的將來，5G移動通信技術會全面應用于人們的日常生活中，更好地服務于人類社會，促進社會的發展。相比于2G、3G和4G技術，5G移動通信技術容量更大，數據處理速度更快，可結合設備和互聯網，為人類提供更多的新型服務。

1 5G移動通信技術的特征

5G移動通信技術是在4G技術基礎上的平滑演進，具有如下特征。

（2）強大的系統性能。與傳統技術相比，多點、多天線、多用戶、多社區的相互協同以及相互組網成為5G移動通信技術的重點，極大提高了通信系統的性能。5G移動通信系統能夠通過室內無線網絡完成性能覆蓋和業務支撐，大幅度提高通信主要業務——室內通信業務的性能。

（3）傳遞雙向信號。5G移動通信技術中的無線電波是雙向傳遞的。實際工作時，電話的聲音會被轉換為電子信號，接著被傳送至最近的信號塔，再通過信號塔網絡反射信號，最終實現連接。5G技術擁有振動頻率更快的無線電波，充分利用此優勢，輔之以先進技術，配備更大的寬帶，保證信號接收點更加密集，促使5G的下載速度達到4G網絡速度的100倍。

（4）成本與能耗雙低。5G移動通信技術更注重無線網絡的軟配置，網絡資源的調整以業務流量變化為依據，可實現能耗和成本的雙低。

2 5G移動通信網絡關鍵技術分析

相較于2G、3G和4G，5G移動通信更注重技術創新，在技術領域取得了極大突破，尤其是無線傳輸和網絡技術取得了飛躍性進步。由于5G技術極為復雜，關鍵技術應用的難度系數相應較高。

2.1 高頻段傳輸技術

隨著移動終端用戶規模的擴大，頻譜資源日益減少，逐漸成為稀缺資源。而應用高頻段傳輸技術，可以更加有效地利用頻譜資源，提高其利用效益。當前移動通信系統的頻段低于3 GHz，但在應用高頻段寬帶后，可將其提升至273.5 GHz，不僅縮小通訊設備的尺寸，還可以完成短距離的高速信息傳輸，更容易滿足客戶的多方面需求。

2.2 多天線傳輸技術

該技術是5G技術中的重點研究項目。應用多天線傳輸技術，可使信息傳輸從二維到三維、從無源到有源和從高階輸入輸出到大規模陣列，頻譜的利用率是現在的10倍以上。

2.3 同時同頻全雙工技術

應用此技術可實現信號的雙向傳送，即從兩個不同方向傳輸信號，屬于高效的頻譜效率技術。同時，運用同時同頻全雙工技術可屏蔽通信雙工節點自身發射機信號的干擾，既可以發射信號機信號，也可以同時接受同頻信號，有效提高頻譜利用率，增強通信網絡的靈活性和穩定性[1]。

2.4 設備間通信技術

在5G網絡中，用戶規模和數據流量皆大大增加，傳統的基站模式組網方式已經無法滿足用戶需求。運用設備間通信技術，可以不依靠基站，直接實現設備間通信，開拓了新的網絡連接方式。

2.5 密集網絡技術

5G移動通信技術的開發目標是網絡數據流量規模要達到4G網絡的1 000倍。該目標的實現需要依靠兩種措施：第一，布置大規模的天線，拓寬室外空間，增大網絡增益；第二，布置密集的網絡，滿足室內外數據傳輸需求。因此，5G技術會采用更加密集的布置方案，達到增強網絡覆蓋能力的目標。

本模型計算中將彈體假定為球形彈，將上述參數代入式(41)和式(43)得到，vr為599 m·s-1，vh 為1 503 m·s-1，這些理論計算值與實驗觀察結果[9]一致。當彈體以較高沖擊速度侵徹混凝土靶板時，由于燒蝕和磨損效應會造成一些質量損失，這將在以后的工作中予以考慮。

2.6 新型網絡構架技術

不久的將來，5G網絡架構會實現更加扁平化、低成本、高效率、低延時與易維護的目標，但當前研究重點還是云架構和C-RAN。

2.7 多入多出技術

此技術全稱為Multiple-Input Multiple-Output，簡稱MIMO，應用歷史久遠。其應用原理是通過采取多天線方式，完成對信號傳輸的成本控制，還可以提高傳輸速度和質量[2]。同時，大規模多入多出技術的應用，可保證網絡的可靠性和信號傳輸的高速性。相關理論表明，只要有足夠的天線，便可有效提高信號傳輸的可靠性和頻譜利用率。

2.8 濾波器組多載波技術

此技術又稱FBMC技術，可有效解決頻譜效率低下和多徑衰落問題。同時，它可保證系統強大的抗干擾能力，易滿足用戶的高速率通信需求，也可保證信號接收效果良好。

3 5G移動通信技術發展趨勢

到2020年，5G可以在全世界范圍內實現商用。在中國，5G將會經歷三個階段：技術研發、技術方案驗證和系統驗證。其中，前兩個階段都已完成，第三階段正在實行，預計到2018年底完成。當5G實現商用，無論是網絡建設、5G業務，還是網絡架構和網絡技術，都會對用戶的隱私安全發起新的挑戰。因此，應加強5G的安全機制設定，使其既可以滿足基本通信，又能為不同的用戶需求提供不同的安全服務，適應多重網絡架構和多種接入方式。此外，未來的5G會呈現多樣化場景，以多種多樣的接入方式和網絡架構為基礎，為用戶提供全方位安全保障。

3.1 萬物互聯

4G的應用，便已經使萬物互聯有了雛形，如智能家居的普及。然而，4G網絡不足以支撐起真正的萬物互聯，差距依然巨大。5G則不同，憑借比4G強大百倍的網絡技術，完全可以支撐萬物互聯[3]。未來幾年內，物聯網的發展必然收到5G的強烈影響。物聯網發展需求主要體現在大規模物聯網連接和關鍵任務物聯網連接兩個方面。其中，前者的規模較大，但是終端不會產生很大的應用流量，因此成本相對較低；后者則對于網絡要求較高，需要網絡同時具備高可靠、高可用、高帶寬和低延時的優點。由于5G通信技術可提供更高速、更短延時、更大規模和更低功耗的網絡環境，完全可以滿足物聯網的發展需求。

3.2 生活云端化

在5G時代到來后，4K視頻乃至8K視頻都可以實現流暢播放，生活和工作中也會更充分地應用云技術，做到處處有“云”。同時，超高的網絡速率要求會促使云盤取代硬盤，超大內存的文件也可以隨時隨地的上傳到云端。5G自動內容云端化的趨勢有由中心云到邊緣云和由邊緣云到移動設備云兩種。當前，由于智能終端和智能應用的普及，移動數據業務需求在逐步提高，因此需要實時開放無線網絡信息，保證用戶體驗到更加個性化的網絡。

3.3 智能交互

任何領域的智能交互應用，都需要依靠5G技術的龐大數據吞吐量和吞吐效率。由于5G網絡的延遲時間只有1 ms，虛擬現實、無人駕駛汽車和遠程醫療等對于時間精準度要求較高的技術也可以成為現實。而這些技術必將成為改變人類生活的推動力量。

4 結 論

分析5G移動通信技術的主要特點、關鍵技術和發展趨勢，相信隨著通信技術的逐步發展，人類社會會迎來飛躍性的進步，使各種不可能變成現實，生產生活得到不斷改善。