5G挑战及技术趋势

2014-10-27李佶蒋雷敏

无线互联科技 2014年9期

李佶蒋雷敏

摘要：自20世纪80年代以来，移动通信从移动蜂窝到数字蜂窝，再到近期的CDMA、LTE技术已经过四代演进。现在，曾经炙手可热的3G渐渐退出舞台，4G已经开始商用，但人们对于移动互联的需求不断增加，促使新一代移动通信系统的产生：5G研究正如火如荼地进行。本文基于前四代移动通信系统，主要分析5G的改进，从当前现状开始，根据用户的需求提出5G目标，探讨技术演进以及理想的效果。

关键词：5G；挑战；目标；技术趋势；频率使用方式；高频段通信

1 现状及挑战

2012年11月，欧盟委员会正式启动METIS项目，开展5G研究，为建立5G移动通信系统奠定坚实基础。紧接着，2013年2月，我国IMT-2020（5G）推进组成立，集中国内多方力量，为5G工作的推进提供平台。目前国内有不少单位参与5G研究项目，与三星、爱立信、诺西等国际公司进行合作，5G已成为全球移动通信领域新趋势。

众所周知，4G技术已经使数据速率得到了一个很大的提高，能实现G级的速度，大大改善了3G的传输速率，在智能控制、标准不统一等问题上也有不错的解决。据统计，4G网络发展速度远远超过3G，可以说在移动通信史上独一无二。目前，TD-LTE技术基本成熟，网络性能大大提升，足以满足用户的一般需求。但是4G仍然存在缺陷，不进一步发展终将被淘汰。

METIS 5G总负责人Afif Osseiran曾说过：预计未来10年数据流量将增加1000倍，到2020年将有500亿的设备连接，产生前所未有的多样性要求和无线连接性相关的应用场景。流量激增，互联设备大幅增长，應用场合多样化，都使用户在稳定性、不同场合间自由切换方面提出新的要求。

2 5G目标

一直以来，速度一直是评判移动通信系统的重要标准，5G带来的不仅仅是速度提升。Afif Osseiran认为：5G将强调用户享受极限网络体验的方式，它采用以体验为中心的方式，通过集成多种无线接入技术提供极限体验来满足用户不同的需求。由此可见用户体验的重要性，频谱效率不再是唯一的追求目标。

5G希望打造一个拥有大数据流量、高网络效率、好用户体验，同时网络兼容性良好，低功耗、绿色可持续的网络，能够适应超高速、超密集的应用，并在多种不同场合间自由切换，带来极速体验、海量链接。

为了实现这些要求，具体有五方面技术目标：速率方面，实现M级到G级的跨越；时延方面，达到毫秒级；连接设备密度提高，达到每平方公里600万个；流量密度提升，至少每平方公里20Tbps；移动性加强，实现高铁环境下的良好用户体验。

3 5G技术趋势

3.1 网络融合

网络融合充分利用已有的资源，节约成本，正符合通信移动系统的可持续性要求。5G将更加促进网络融合的趋势，包括：不同领域的跨界融合，多业务系统的融合以及2G、3G、4G的网络融合。

通信技术与信息、电子技术不可分离，跨界融合在网络架构、系统效果以及终端、应用方面都有一定影响。而无线业务也早已普及开来，电信网、广播电视网、互联网三网深入生活，卫星通信与地面移动融合、宽带接入与移动蜂窝融合，都给人们提供更丰富的服务。移动通信网络方面，2G、3G主要是语音业务，4G的TDD、FDD主要承载数据业务，WLAN是承载移动数据业务的重要补充。彼此间优势互补，充分融合能实现低成本高效率的均衡发展。

3.2 LTE与LTE-A的进一步演进

LTE、LTE-A作为4G的主导技术，大大改善了网络性能，对5G的研究意义重大。

LTE最主要特征是多天线技术，它的发展有可能使得频谱效率提高数十倍。有源天线基础上分离垂直方向的多阵子，引入有源天线陈列，实现3D-MIMO，支持多波束智能赋形、多用户复用，并且相互间干扰减小。而Massive MIMO技术与空时编码的结合，很大程度上提高空间复用效率，系统容量提升。

目前产业认为达到5G目标需要使无线网络容量增加1000倍。粗略地来讲，需要频谱效率增加6倍，带宽增加3倍，网络密度增加56倍。

5G可能采用大规模的MIMO技术、同频全双工技术等提高频谱效率；开发高频段通信，利用宽载波来增加带宽；广泛应用小基站等等来增加网络密度。

3.3 技术创新

频率资源有限但是需求无限，这就决定了固定频率分配不再适用。如果可以动态感知业务状况，实时调整系统参数、使用频率，对空闲频段加以利用，就能大大提高频谱使用效率，这就是感知无线电技术。未来5G需要最大可能地提高频谱效率。

传统移动通信主要集中在3GHz以下的频段，移动性较好，但是3GHz毕竟有限，早已拥挤不堪，而在高频段还有大量资源等待开发。眼下，小覆盖蜂窝系统大多在3GHz到6GHz之间，未来需要考虑6GHz及以上频段，来满足日益增长的容量、速率需求。

4 总结

毋庸置疑，5G将占据全球移动通信的主导地位，它将采用新的频率使用方式，通过更高频段的通信，结合相关技术，提供更快、更高效、更绿色同时用户体验更好的移动通信系统，给人们的生活带来更高价值。

[参考文献]

[1]董利，陈金鹰，刘世林，谢斌红.第五代移动通信初探.热点技术，2013年9月.