新時代背景下5G移動通信技術發展研究

嵇洪濤

（山東省郵電規劃設計院有限公司，濟南 250101）

5G移動通信技術依托于第五代移動通信網絡，作為4G的延伸，5G移動通信技術具有非常明顯的技術優勢，5G網絡傳輸速度更快，帶寬更寬，而且穩定性更高。根據測試數據得知，5G通信網絡傳輸速度峰值可達到每秒數十Gb。現階段，全世界范圍內都致力于5G移動通信技術的研究，中國移動將在2019年上半年推出首批5G預商用設備，主要包括智能手機、網絡運營服務等，而與此同時中國聯通和中國電信也將在2020年實現重點城市的5G商用。由此可見，5G移動通信技術將會在不久的將來，會成為主流的通信技術。

1 5G移動通信技術發展現狀評價

5G移動通信技術擁有更快、更安全、信號更強、覆蓋面積更廣、應用領域更廣泛等特點，是對現行移動通信技術的一次全面的技術革新。研究得知，我國5G移動通信技術起步于2016年，主要分為5G關鍵技術試驗、5G技術方案驗證和5G系統驗證三個階段實施。在2016年3月，工信部表示：5G移動通信技術是新一代通信網絡發展的主要方向之一，作為未來信息基礎設施的重要組成部分。5G具有更高的速率和帶寬，其技術實現后，預計5G網速將比4G提高近10倍，能夠滿足消費者對虛擬現實、超高清視頻等更高的網絡需求。從行業應用角度分析，5G通信技術具有更高的可靠性，更低的時延，能夠滿足智能制造、自動駕駛等行業應用的特定需求，拓寬融合產業的發展空間，支撐經濟社會創新發展。2018年12月7日，我國工業和信息化部許可中國移動、中國電信、中國聯通三家企業，在全國范圍內開展第五代移動通信系統的試驗工作，并分布5G試驗頻率資源。

2 5G移動通信技術特點

現階段，手機終端設備已經成為人們生活中不可或缺的一部分，人們通過手機就可以獲取豐富的數據資源，通過手機完成各種支付功能，目前，手機已經能夠滿足人們絕大部分的通信和娛樂需求，這些都要歸功于移動通信技術的發展。隨著5G移動通信技術的誕生，VR/AR、智能終端、3D電影以及超高畫質視頻會逐步走進人們的生活。

表1 移動通信技術區別

5G移動通信技術的研發是為了提供更高效率的網絡傳輸業務。與以往通信技術相比，它能夠提供Gb/s量級的數據傳輸速率，擁有更快的連接速度和更清晰的視頻，支持多媒體交互業務。如表-1所示。下文對5G移動通信技術的技術特點進詳細分析：

2.1 無線接入網技術

5G移動通信技術的核心是無線接入網技術，在5G通信網絡中，需要可以提供多個Gb/s的數據速率，這就需要使用大MIMO、毫米波、新波形及軌道角動量復用來實現。不同的蜂窩和無線網絡對于容量和帶寬的需求具有明顯的差異性，5G移動通信技術憑借其Gb/s量級的數據傳輸速率，可以通過使用毫米波頻譜實現，較小的毫米波長度可以與定向天線組合從而支持更高的吞吐量。

2.2 高頻段傳輸

5G移動通信技術支持1Gb/s以上的數據傳輸，其峰值數據速率為5～10Gb/s，頻譜效率為10b/sHz，用戶面延時為1ms，控制面延時為50ms。對毫米波和非許可頻段以及超高速350km/h的與移動性需求，進行切換的時間需要小于10ms，這對5G移動通信技術的可靠性有著非常高的要求。

2.3 大規模天線陣列技術

由于以無線方式連接的設備越來越多，因此，迫切需要能夠滿足更高數據與容量需求的無線技術。新時代背景下，傳統的通信設備已對既有的無線網絡造成極大負擔，而隨著5G移動通信技術的研發，對數據傳輸率的需求也非現有速率能滿足。多輸入/多輸出（MIMO）技術有望通過實現新一代無線技術來解決上述問題。這就需要通過大規模天線陣列技術來實現，以便在相同的時域與頻域傳輸多個數據信號，可同時大幅提升容量、傳輸率或穩定性。大規模天線陣列技術有效的確保了5G移動通信技術的應用和普及。大規模天線陣列技術使得基站能夠采用大量天線，通過高級信號處理技術，同時鎖定多個用戶，并重復使用相同的時間與頻率空間。

2.4 新型多載波技術

新型多載波技術包括濾波OFDM技術、濾波器組多載波FBMC技術以及通用頻分復用GFDM技術等，新型多載波技術的研發能夠有效推進5G移動通信技術的普及應用。有效支撐5G移動通信技術擁有更廣泛和更豐富的業務類型，尤其是大量的物聯網業務，這些對基礎波形有了更高的要求，新型多載波技術除了具有傳統的移動寬帶業務外，對這些物聯網業務也具有良好的支持能力。在新時代背景下，新型多載波技術良好的擴展性可以有效應對大量新技術和新業務需求，通過增加參數配置或者簡單修改屬性就可以支持種類繁多的業務。此外，新型多載波技術還需要和其他技術進行兼容，5G移動通信技術的多樣化需求需要通過融合新型調制編碼、新型多址、大規模天線和新型多載波等新技術來共同滿足，作為基礎波形，新型多載波技術需要和這些技術進行有效結合。在新時代背景下，移動互聯將會成為通信技術發展的主要動力。5G移動通信技術將會融入到人們的日常生活、工作、學習等領域中，即使在密集的住宅區、辦公樓、體育場、地鐵、高鐵和廣域覆蓋等具有超高流量密度、超高連接數據密度、超高移動性特征的場景，也可以為用戶提供超高清視頻、虛擬現實、增強現實、云桌面等業務服務。其中虛擬現實（Virtual Reality，VR）是利用計算機模擬合成一個三維空間，在這個虛擬世界人們可以通過視覺、聽覺以及嗅覺獲得身臨其境的感受。現階段，迪士尼、微軟、Facebook、谷歌、三星等巨頭已經在VR領域布局，尤其是2018年上映的《頭號玩家》再一次讓虛擬現實世界成為人們關注的焦點。要真正意義上實現“身臨其境”的浸入式體驗，相應的視頻分辨率就必須達到人眼分辨率，網絡傳輸速度必須達到300Mbps以上，端到端時延小于5ms，移動小區吞吐量大于10Gbps，這些都要依托于5G移動通信技術的支持。

3 5G移動通信技術應用

憑借低時延、高可靠、低功耗的特點，5G移動通信技術將會和工業設施、醫療儀器、交通工具等進行深度融合，滿足工業、醫療以及交通等領域的業務需求，相信未來，5G移動通信技術的應用領域將會非常廣泛，不僅能提供VR、超高清視頻、浸入式游戲等交互方式再升級；還可以支持海量的機器設備通信，服務智慧城市、智慧家居；在車聯網、移動醫療、工業互聯網等垂直行業中都有非常廣闊的應用前景和經濟效益。

4 結束語

綜上所述，5G移動通信技術不僅僅意味著更快的數據速率和更高的容量，更重要的是，它實現了人與物的結合人類與數十億臺智能設備的無縫實時交互。相信，伴隨著5G移動通信技術的全面普及應用，在不久的將來有望實現一個富足、可靠且超級互聯的世界。這就要求5G移動通信技術面臨更多挑戰，在設計和研發過程中必須進行全面的技術檢測，使其滿足新的頻段、更寬的帶寬還是新的波束成形技術需求。