5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)

林川

摘 要 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)是新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，目前還處于研究階段，預(yù)計(jì)在2020年之后投入應(yīng)用。本文從5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本需求、技術(shù)特點(diǎn)等方面對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，并從無(wú)線(xiàn)傳輸和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兩部分對(duì)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】5G 移動(dòng)通信 發(fā)展趨勢(shì) 關(guān)鍵技術(shù)

1 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)是新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，目前正處于研究探索階段。作為新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，與4G移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，其在傳輸速率和資源利用率等方面都有顯著地提升。同時(shí)，其在無(wú)線(xiàn)覆蓋性能、傳輸時(shí)延、系統(tǒng)安全和用戶(hù)體驗(yàn)等方面也遠(yuǎn)超現(xiàn)有的4G移動(dòng)通信技術(shù)。通過(guò)將其和其他的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠構(gòu)建出無(wú)所不在的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)，從而滿(mǎn)足未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)流量增加的發(fā)展需求。除此之外，在未來(lái)5G移動(dòng)通信技術(shù)還將拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，提升其對(duì)海量傳感設(shè)備及機(jī)器與機(jī)器 （M2M） 通信的支撐能力，從而實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。為了應(yīng)對(duì)移動(dòng)信息時(shí)代的快速變化，5G移動(dòng)通信技術(shù)還需要具備較高的靈活性，擁有網(wǎng)絡(luò)自感知、自調(diào)整等智能化能力。從目前來(lái)看，5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出了以下幾方面的特點(diǎn)：

（1）更加注重用戶(hù)體驗(yàn)，將在網(wǎng)絡(luò)平均吞吐速率、傳輸時(shí)延以及對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、3D、交互式游戲等新興移動(dòng)業(yè)務(wù)的支撐能力方面提升其性能。

（2）將會(huì)探索以多點(diǎn)、多用戶(hù)、多天線(xiàn)、多小區(qū)協(xié)作組網(wǎng)方式，從體系構(gòu)架方面來(lái)探索提升系統(tǒng)的性能。

（3）提升5G室內(nèi)無(wú)線(xiàn)覆蓋性能。

（4）通過(guò)廣泛的應(yīng)用無(wú)線(xiàn)與有限融合、光載無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高頻段波普資源的充分利用。

（5）具有根據(jù)業(yè)務(wù)流量來(lái)就進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的能力，從而提高資源的利用率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)成本的下降并減少能源的消耗。

2 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)性能的提升主要依靠?jī)煞矫娴募夹g(shù)，一是超高效能的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，二是高密度的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)中主要包括大規(guī)模 IMO 的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)、全雙工技術(shù)、基于濾波器組的多載波技術(shù)等，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件定義無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)等，下面者兩方面技術(shù)進(jìn)行介紹。

2.1 無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)

2.1.1 大規(guī)模MIMO 的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)

目前，在多種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，如3G、LTE、WLAN等都應(yīng)用著多天線(xiàn)技術(shù)，這種技術(shù)能夠有效的提升系統(tǒng)頻譜效率以及傳輸?shù)目煽啃裕⑶译S著天線(xiàn)數(shù)量的增多，這種提升的效果越為為明顯。并且，如果接收和發(fā)射的天線(xiàn)數(shù)量都很大，那么MIMO信道的容量也會(huì)和收發(fā)天線(xiàn)中的最小值呈現(xiàn)出線(xiàn)性的增長(zhǎng)關(guān)系，也就是說(shuō)采用大數(shù)量的天線(xiàn)能夠有效的提升系統(tǒng)的容量，但目前應(yīng)用多天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中并沒(méi)有使用太多的天線(xiàn)數(shù)量，這是由于受到空間和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度等技術(shù)條件的限制。2010年Marzetta首次提出了大規(guī)模MIMO技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，和現(xiàn)有的MIMO技術(shù)相比大規(guī)模MIMO技術(shù)分辨率更高，能夠更充分的挖掘空間維度資源，能夠在不增加基站密度和帶寬的情況之下，使波譜頻率得到大幅度的提高。同時(shí)還能夠使波束集中在非常窄的范圍之內(nèi)，從而降低干擾。此外，該技術(shù)就能夠降低發(fā)射功率，使功率的效率得到較大的提升。目前，研究人員正對(duì)大規(guī)模MIMO技術(shù)的信道模型、容量和傳輸技術(shù)性能分析、預(yù)編碼技術(shù)、信道估計(jì)與信號(hào)檢測(cè)技術(shù)等方面進(jìn)行研究，使該技術(shù)能夠更好的應(yīng)用。

2.1.2 基于濾波器組的多載波技術(shù)

在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，需要高達(dá)1 GHz的帶寬來(lái)滿(mǎn)足高數(shù)據(jù)速率的需求，目前常用的OFDM技術(shù)由于難以利用不連續(xù)的頻譜資源，所以不能滿(mǎn)足5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求。研究人員進(jìn)行了大量的研究發(fā)現(xiàn)，基于濾波器組的多載波能夠有效的利用零散的波譜資源，能夠有效的滿(mǎn)足5G系統(tǒng)的需求。在這種多載波技術(shù)中，多載波的調(diào)制工作由發(fā)射端通過(guò)合成濾波器組的方式實(shí)現(xiàn)，而多載波解調(diào)則是由接收端通過(guò)分析濾波器組的方式實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器

2.1.3 全雙工技術(shù)

全雙工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)、同頻的雙向通信。在目前存在的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻的雙向通信，都是采用時(shí)間或者頻率進(jìn)行區(qū)分的雙向鏈路，這是由于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)都存在著發(fā)射信號(hào)對(duì)接受信號(hào)的自干擾現(xiàn)象，由于這種條件的限制，極大的浪費(fèi)了無(wú)限資源。在全雙工理論中，能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)同頻的雙向通信，有效的提升波譜資源的利用率，也正因此，全雙工技術(shù)已經(jīng)成為了研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最主要包括超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件定義無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)等幾種關(guān)鍵技術(shù)。其中在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，激活用戶(hù)書(shū)和站點(diǎn)數(shù)的能夠達(dá)到1：1的比例，從而使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠更接近終端，使功率效率和頻譜效率等都得到較大的提升，進(jìn)而使系統(tǒng)的容量得到提升。自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指使網(wǎng)絡(luò)具有自組織能力，也就是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化，使其具備自配置、自由化和自愈合等功能，從而使網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、部署、維護(hù)、優(yōu)化和排障等工作都可以自動(dòng)進(jìn)行，降低運(yùn)營(yíng)的成本，實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，更好的滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。軟件定義網(wǎng)絡(luò)這一技術(shù)的基本內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)路由器中路由決策等控制功能和設(shè)備的分離，然后由中心控制器通過(guò)軟件來(lái)統(tǒng)一的控制這些功能，從而使控制和轉(zhuǎn)發(fā)兩種功能的分離，實(shí)現(xiàn)更加靈活的控制，并且使設(shè)備便得更加的簡(jiǎn)單。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)使用緩存服務(wù)器，并且會(huì)將其分布到用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)較為集中的地區(qū)，在工作過(guò)程中，其會(huì)在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)流量和各節(jié)點(diǎn)的連接、負(fù)載狀況以及到用戶(hù)的距離和響應(yīng)時(shí)間等各種信息，然后將用戶(hù)的請(qǐng)求重新導(dǎo)向離用戶(hù)最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上，這樣用戶(hù)就可以在最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)獲取所需要的內(nèi)容，能夠有效的解決網(wǎng)絡(luò)的擁堵情況，使網(wǎng)站的響速度得到提升。

參考文獻(xiàn)

[1]薛曉勇.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)新通信，2016，18（10）：115-115.

[2]唐忠杰.關(guān)于5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)分析及若干關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國(guó)新通信，2016，18（20）：6-7.

作者單位

國(guó)際關(guān)系學(xué)院 北京市 100091