5G移動通信技術發展思考

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移動通信發展歷經了語音通話、短信數據業務、圖片傳輸、視頻播放的業務需求的變化，移動通信系統的方式也發生了巨大變化。面對全球4G發展的浪潮，5g研究在全球范圍內也不斷升溫，成為全球移動通信領域新一輪技術競爭焦點。2012年歐盟啟動了面向5G的研究計劃，日本、韓國、英國也相繼立項支持5G的研究與開發工作，并且成立了專門的推進組織，2013年初，中國成立了5G項目推進研究課題組[1]。這些組織計劃將于未來幾年內完成對5G體系的發展愿景、體系架構、頻譜利用等關鍵技術研發、試驗與測試。

15G的概念

未來的新一代移動通信5G系統，頻譜的超高利用率，人口密集區域優質通信的全面覆蓋，從現有的有線向全面無線覆蓋轉換；具有高速的數據傳輸速率，提高資源利用率，傳輸速率比現有的4G提高10倍；對于現有的各類聯網設備全支持，保護現有的設備投資；綠色節能環保的超低功耗，以最小化網絡資源消耗構建通信網絡；通過超實時、超可靠、超智能的數據傳輸，使得用戶體驗得到明顯的改善；通過多種通信技術有機結合，構造一個全新的全覆蓋的全球移動通信網絡，以滿足未來10年移動互聯網流量增加1000倍的發展需求[2]。

25G的業務需求

2.1滿足人們虛擬現實的需求

通過對三維視覺、聽覺、嗅覺等感覺的技術合成，利用高性能的模擬系統使移動通信進入3D時代，人類可以在虛擬網絡與現實世界之間進行具有臨場感的交互體驗。

2.2滿足隨時隨地對高清視頻的需求

由于未來5G網絡將達到千兆級傳輸速度，用戶通過移動網絡幾乎可以不受限制地傳輸大量數據文件，大量占用帶寬的高清視頻播放將變得暢通無阻，移動用戶隨時在線獲得超高速的端到端通信速率，保證用戶在任何地方都可欣賞到高清視頻。

2.3滿足智慧城市的需求

智慧城市是物聯網、云計算等新一代信息技術和各類網絡平臺集成并與現實社會相結合的代名詞，是城市發展規模轉型升級的結果。智慧城市理念引發了建設智慧城市的熱潮，各種類型智慧領域技術研究及商業應用成為業界研究和開發熱點，未來5G的商用將為智慧城市帶來更高質量、更加快捷的網絡服務，為智慧城市的建設創造了必要的發展條件。通過5G移動互聯云服務平臺，用戶可以對所需的相關智慧服務進行快捷的申請、使用、支付和撤銷。

2.4滿足物聯網的需求

在未來，各種物體通過感知裝置，經過傳輸網絡將相關信息送達到指定的云計算平臺，實現全面感知、可靠傳送和高速移動處理，最終實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一個整體物聯網，這些離不開一個高速、安全的網絡支持，未來的5G網絡將以無線、高速、安全方式處理各類物聯網信息，為未來物聯網提供新型的通信保障。

2.5滿足全新的用戶體驗

多網融合的5G，不再停留在以技術為中心的服務理念，而是采用以體驗為中心的服務方式，通過集成多種新型無線接入技術和現有無線接入技術提供極限體驗，滿足用戶需求。

35G網絡中的關鍵技術

3.1高頻段傳輸

傳統移動通信工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得目前的頻譜資源十分擁擠，高頻段在移動通信中的應用是未來的發展趨勢，在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可以采用更加靈活的使用方式為將來5G分配足夠的高頻段支持業務發展，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀，可以實現極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求[3]。高頻段毫米波移動通信的主要優點是有足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設備、較高的天線增益，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環境影響等缺點[4]。射頻器件、系統設計等方面的問題也有待進一步研究和解決。

3.2新型多天線陣列傳輸

多天線技術經歷了從無源天線陣列到有源天線陣列的變化，使得天線陣列從二維向三維拓展，形成新穎的三維高階MIMO大規模陣列，通過該陣列可以利用高頻段的毫米波技術過濾用戶間的干擾，提高無線信號的覆蓋范圍，將目前的頻譜效率提高若干個數量級。目前研究人員已針對大規模天線信道測量與建模、陣列設計與校準、導頻信道、碼本及反饋機制等問題進行研究，以提升無線覆蓋范圍。

3.3同時同頻全雙工

全雙工技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術需要具備極高的干擾消除能力，這對干擾消除技術提出了極大的挑戰，同時還存在相鄰小區同頻干擾問題，在多天線及組網場景下，全雙工技術的應用難度更大。

3.4D2D傳統的蜂窩通信系統的組網方式是以基站為中心實現小區覆蓋，其基站及中繼站是固定的，特別是無線多媒體業務不斷增加，現有的方式將無法滿足海量用戶在不同應用環境中的業務需求。5G技術變革將打破傳統的蜂窩小區通信系統的概念，通過D2D技術，無需借助基站的幫助就能夠實現通信終端之間的直接通信，拓展網絡連接和接入方式。由于采用短距離直接通信使得信道質量提高，同時保證較高的數據傳輸速率，較低的時延和功耗。

3.5軟基站

作為未來5G的無線移動基站平臺，5G的軟基站將融合各種軟件使得同一個硬件平臺適應不同的通信制式需要，打破傳統的緊耦合方式，對接入網架構進行徹底變革，以更靈活的方式實現未來通信，這樣高度集中的軟基站方式可以簡化基站結構，精簡管理，節約建網成本。

3.6密集網絡

在未來的5G通信中，無線通信網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數據流量將出現井噴式的增長。未來數據業務將主要分布在室內和熱點地區，這使得超密集網絡成為實現未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網絡能夠改善網絡覆蓋，大幅度提升系統容量，并且對業務進行分流，具有更靈活的網絡部署和更高效的頻率復用。與此同時，愈發密集的網絡部署也使得網絡拓撲更加復雜，小區間干擾已經成為制約系統容量增長的主要因素，極大地降低了網絡能效。干擾消除、小區快速發現、密集小區間協作、基于終端能力提升的移動性增強方案等，都是目前密集網絡方面的研究熱點。

3.7新型網絡架構

未來5G可能采用C-RAN接入網架構。C-RAN是基于集中化處理、協作式無線電和實時云計算構架的綠色無線接入網構架。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網絡，直接在遠端天線和集中化的中心節點間傳送無線信號，以構建覆蓋上百個基站服務區域，甚至上百平方公里的無線接入系統[5]。C-RAN架構適于采用協同技術，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時便于實現動態使用的智能化組網，集中處理有利于降低成本，便于維護，減少運營支出[6]。作為下一代的移動通信系統，目前5G的技術研究突破只是個時間問題，不久的將來可望以新的形式展現在世界的面前，實現未來高速高質通信夢想。

作者：夏曉峰 單位：韶關學院韶州師范分院