浅析5G移动通信关键技术

王波　梅晓莉

摘 要：网络正以超乎我们想象的速度向前发展着，当人们刚刚享受4G网络带给我们便利的时候，5G正在实验室里孕育，相信不久的将来，5G会为我们带来更大的冲击。现在5G的很多关键技术还没有定论，本文分析了可能在未来5G中应用的几种关键技术。

关键词：5G；关键技术

1 5G的概念

和之前的几代移动通信系统相比较，5G不仅仅具有更高的速率，更大的带宽、更强能力的空中接口技术，而是面向业务应用和用户体验的智能网络。大唐电信白皮书认为，5G移动宽带系统将成为面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统，它是一个多业务多技术融合的网络，通过技术的演进和创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。

2 5G的关键能力

IMT-2020（5G） 推进组《5G愿景与需求白皮书》中提出5G需要具备比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用户体验速率，每平方公里一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里数十Tbps的流量密度，每小时500Km以上的移动性和数十Gbps的峰值速率。其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

3 5G的关键技术

为了能够提升5G的业务支撑能力，5G在无线传输技术和网络技术采用了很多先进的技术。

3.1 非正交多址接入（NOMA）

我们知道3G采用直接序列码分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技术，手机接收端使用Rake接收器，由于其非正交特性，就得使用快速功率控制（Fast transmission power control ，TPC）来解决手机和小区之间的远-近问题。

而4G网络则采用正交频分多址（OFDM）技术，OFDM不但可以克服多径干扰问题，而且和MIMO技术配合，极大的提高了数据速率。由于多用户正交，手机和小区之间就不存在远-近问题，快速功率控制就被舍弃，而采用AMC（自适应编码）的方法来实现链路自适应。

NOMA希望实现的是，重拾3G时代的非正交多用户复用原理，并将之融合于现在的4G OFDM技术之中。从2G，3G到4G，多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章，而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度——功率域。新增这个功率域的目的是，利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。NOMA的基本思想是在发送端采用非正交传输，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）实现正确解调。虽然采用SIC接收机会提高设计接收机的复杂度，但是可以很好地提高频谱效率，NOMA的本质即为通过提高接收机的复杂度来换取良好的频谱效率。

3.2 大规模MIMO技术

在无线通信系统中，在发射机和/或接收机上使用多个天线开辟了一个新的维度空间。如果能够正确利用这一技术，可以极大地提高性能，它现在被广泛地称为MIMO。MIMO技术已经广泛应用于WIFI、LTE等。理论上，天线越多，频谱效率和传输可靠性就越高。它可以成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。

但目前由于多天线所占空间、实现复杂度等技术条件的限制，目前的无线通信系统中，收发端的天线数量都不多。不过大规模MIMO在容量上的巨大潜力，吸引着越来越多的研究者的关注。相信不久的将来，大规模MIMO技术定会为5G移动通信系统的大容量做出巨大贡献。

3.3 超密度异构网络

超密度异构网络是指在宏蜂窝网络层中布放大量微蜂窝微微蜂窝、毫微微蜂窝等接入点，来满足数据容量增长要求。超密度异构网络的思想是在宏站的覆盖区域内，部署各类低功率的节点，由于小区半径的缩小从而频谱资源的空间复用带来频谱效率的提升。在超密度异构网络中，网络节点与终端的距离更近，从而带来功率效率和频谱效率的双重提升，以及业务在各种不同接入方式和覆盖层次的灵活转换。

3.4 多技术载波聚合

载波聚合技术简单地说，它可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起，能很好地满足频谱兼容性的要求。载波聚合后最直观的好处就是传输速度的大幅度提升，以及延迟的降低，这些都得益于更宽的频谱。打个比方，载波聚合就好比“黏合剂”，将零散的频谱粘在一起，提供更快速率。同时，载波聚合还能有效改善网络质量，提升吞吐量，使网络负载更加均衡，尤其是在负载较重的时候效果会更明显。

未来5G必然需要包容多种无线接入技术，如4G、LTE、3G、wifi等，他们所使用的频谱各有不同，那么如何能够使各种频谱融合到5G网络，多技术载波聚合提供了解决方法。最终多技术载波聚合技术与超密度异构网络一起，终将实现万物之间的无缝连接。

4 总结

虽然关于5G的技术标准还没有制定， 最终哪些将成为5G中的关键技术还是未知数。但是本文所列举出来的几种关键技术所展现的巨大潜力，终将在未来有用武之地。

参考文献

[1] 尤肖虎 潘志文 高西奇 曹淑敏 邬贺铨. 5G移动通信发展趋势与若干关键技术.中国科学：信息科学.2014年5期

[2] 夏威 刘冰华. 5G概述及关键技术简介.电脑与电信.2014年第8期

[3] 大唐电信. 5G白皮书.

[4] 彭景乐.5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨.中国新通信.2014年第20期

作者简介

王波，本科，讲师，研究方向：无线通信、计算机网络。

梅晓莉，硕士，讲师，研究方向：楼宇智能化。