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浅析5G移动通信技术及发展趋势

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：高丽平

[导读] 摘要：在科技的推动下，通信技术发展迅速，在社会各个领域都发挥作用。

        （国网山西省电力公司吕梁供电公司山西吕梁 033000）
        摘要：在科技的推动下，通信技术发展迅速，在社会各个领域都发挥作用。在4G技术的应用下，整个社会发生巨大变化，但是，在随着技术的不断提升，加之人们对通信技术要求的提升，4G技术需要与时俱进，不断提升相关通信要求，寻求技术上的突破。在未来，5G技术成为发展方向，实现了对4G技术的提升。本文全面分析和探讨了5G关键技术面临的挑战和发展趋势。
        关键词：移动通信；技术；发展现状；发展趋势
        移动通信主要是指移动体之间进行的通信，即通信的双方或一方在移动状态中进行的通信过程，具有显著的可移动性。第5代移动通信系统(5G)是面向2020年之后的新一代移动通信系统，其技术发展尚处于探索阶段.结合国内外移动通信发展的最新趋势，本文对5G移动通信发展的基本需求、技术特点与可能发展途径进行了展望，并分无线传输和无线网络两个部分，重点论述了富有发展前景的7项5G移动通信关键技术，包括大规模天线阵列、基于滤波器组的多载波技术、全双工复用、超密集网络、自组织网络、软件定义网络及内容分发网络.本文还概括性地介绍了国内5G移动通信的相关研发活动及其近期发展目标。
        1移动通信技术概述与总体趋势
        5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统根据移动通信的发展规律，5G将具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更高，其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高5G移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合，构成新一代无所不在的移动信息网络，满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发展需求5G移动通信系统的应用领域也将进一步扩展，对海量传感设备及机器与机器(M2M)通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一未来5G系统还须具备充分的灵活性，具有网络自感知、自调整等智能化能力，以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。
        5G已经成为国内外移动通信领域的研究热点2013年初欧盟在第7框架计划启动了面向5G研发的METIS项目，由包括我国华为公司等29个参加方共同承担；韩国和中国分别成立了5G技术论坛和IMT-2020(5G)推进组，我国863计划也分别于2013年6月和2014年3月启动了5G重大项目一期和二期研发课题目前，世界各国正就5G的发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标及使能技术进行广泛的研讨，力求在2015年世界无线电大会前后达成共识，并于2016年后启动有关标准化进程。当前信息技术发展正处于新的变革时期，5G技术发展呈现出新的如下特点。
        1.15G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验,网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标。
        1.2与传统的移动通信系统理念不同,5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码等经典技术作为核心目标,而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点,力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高。
        1.3室内移动通信业务已占据应用的主导地位,5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统优先设计目标,从而改变传统移动通信系统“以大范围覆盖为主、兼顾室内”的设计理念。
        1.4高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信系统,但由于受到高频段无线电波穿透能力的限制,无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用。
        1.5可“软”配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向,运营商可根据业务流量的动态变化实时调整网络资源,有效地降低网络运营的成本和能源的消耗。
        2移动通信技术面临的挑战
        2.1对数据速率的要求
        对于5G技术，其得以发展的主要驱动力即为移动数据流量的巨大规模，近乎爆炸。针对数据的速率，采取多种方式进行测量，以便考察其是否达到5G技术要求与目标。首先，对于聚合数据速率而言，其主要是指网络所能够提供的数据服务总量，5G的要求是能够在4G的基础上，达到1000x5G的指标。

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        其次，对于边缘速率，其所关注的是网络运行范围内，用户所希望达到的最差的数据速率，是重要的度量指标，极具现实价值。在5G环境下，要求其速率达到1Gbps。但是，要求这一标准需要满足95%的用户，难度较高，挑战性极大，需要达到100倍以上的技术提升，尤其是面对负载等多方面的因素变化，这一目标挑战性极强。再次，在峰值速率方面也需要进行大程度地提升，能够不受网络配置的限制，最大限度地获取最佳数据速率。
        2.2延迟方面面临的挑战
        目前，4G网络下，往返需要15ms。同时，在1ms子帧时间范围内，能够进行相对合理的资源分配，保证接入的及时性。这种延迟效果对目前大部分服务项目而言是足够的，但是，在5G应用领域中，需要将双向游戏纳入其中，尤其是需要考虑云技术的应用。因此，5G需要能够支持1ms的往返延迟，相比4G而言，相当于提升了一个数量层级。因此，在这种要求下，要对子帧结构进行有效缩减，这种时间上提升与约束对于协议栈和核心网络层设意义重大。
        2.3在能源与成本方面的要求
        在由4G向5G发展的过程中，一个重要的因素就是需要成本和能耗进行相应的减少，至少不允许出现链路基础上的增加。鉴于链路数据速率的增加，需要在成本上得到相应的降低。在5G技术中，关于成本的考虑，需要从网络边缘发展到核心回程，鉴于全新BS密度和增加的宽带，5G对于成本的考量将更加严谨。
        2.4对设备类型和规模数量的要求
        在5G技术的应用下，需要规模更加庞大的设备集合，凸显多样性。在发展中，机器对机器通信预期增长，单个宏小区需要支持更多低速率设备，甚至涉及传统的高速率用户，因袭，需要对4G控制平面、网络管理进行改变。
        3我国移动通信技术推进及研发进程
        在过去的15年中，我国相继启动了3G和4G移动通信863重大研究计划，并推动实施了国家中长期发展规划“新一代宽带无线移动通信网”重大专项，极大地促进了我国移动通信技术水平的提高，实现了我国移动通信技术研发与产业化的跨越式发展。在分布式无线组网基础理论[8～10，78]等方面做出了一系列有重要国际影响的研究成果，我国所倡导的TD技术入选国际标准，华为、中兴等一批企业的全球移动通信市场份额已位居世界最前列，移动通信产业已经成为国内具有国际竞争力的规模性高技术产业之一。
        5G移动通信发展是全球移动通信领域新一轮技术竞争的开始。及早布局、构造开放式研发环境，力争在未来5G技术与商业竞争中的获得领先优势，已成为我国信息技术与产业未来发展最为重要的任务之一。2013年初，在政府部门的大力支持下，成立了面向5G移动通信研究与发展的IMT-2020推进组，明确5G发展远景、业务、频谱与技术需求，研究5G主要技术发展方向及使能技术，形成5G移动通信技术框架，协同产学研用各方力量，积极融入国际5G发展进程，为2015年之后全面参与5G移动通信技术标准制定打下坚实的技术基础。“新一代宽带无线移动通信网”重大专项在推动LTE产业化的同时，开展了LTE的后续演进与无线新技术的研究，力争在5G国际标准化的候选技术上产生更多的自主知识产权，为我国布局5G关键技术的研究做了起步的工作。国家973计划也部署了移动网络体系创新的研究课题。
        4结束语
        当前，移动通信技术还在发展阶段，很多技术与设备没有成型，移动通信技术的发展也必然面临着更多的难题。但是移动通信未来发展的特征：高质量、高速率的传输数据，全面的业务服务是一定会得到实现的。相信在不久的将来，人们可以真正实现在不同地点、不同时间的的自由通话，利用移动网络为生活学习提供便捷。
        参考文献
        [1]周建明.专家解读未来移动通信发展态势.通信世界.2015.2.
        [2]尤肖虎.未来移动通信的定位与应用.现代传输.2016.5.
        [3]朱高峰.未来移动通信技术发展趋势与展望.电信技术.2013.3.
        [4]雷震洲.关于未来移动通信发展的几点思考.通信世界.2011.4.
        [5]朱永跃.浅析我国未来移动通信研究开发展望.中国战略新兴产业.2016.11.