4G和5G技术发展研究

李冰冰

摘要：随着科学技术的迅猛发展，移动通信技术发生了深刻变革。曾经广泛使用的移动3G技术将慢慢淡出人们的视野，随之而来的是4G和5G技术的研发和广泛使用。文章对目前热门的4G和5G关键技术进行了论述。

关键词：4G；5G；移动通信技术；移动通信工具；手机 文献标识码：A

中图分类号：TN929 文章编号：1009-2374（2015）34-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.001

手机是我们最常用的电器设备，与我们的生活息息相关，因此通讯行业的技术进步与我们的关系最为密切。随着科学技术的迅猛发展，移动通信技术不断变革，如今通讯技术发展可谓日新月异，从2G和3G，到4G和5G，移动通讯技术不断创新发展。2013年12月，国家准许4G进入市场，第四代移动通信4G技术正式登场，而此时，在技术发达国家，代表更新更快的新一代移动通信第五代移动通信系统（5G）的研发早已经竞相开展。4G和5G技术相继走入人们的视野。那么4G和5G到底有哪些技术呢？

4G是第四代移动通信技术的简称，相比上一代3G技术，其传输速率快、传输质量高，而成本却大大降低。4G在技术方面主要采用了多址方案、智能天线技术、软件无线电技术等。下面详细介绍一下4G关键技术的特点。4G采用多址方案的正交频分复用技术，其主要思想是划分信道提高利用率。将原有信道进行拆分，拆分后子载波分别传输，并行到达。信号传出信道路途相对平坦，但带宽较小。这样信号抗干扰能力加强，但带来了系统的复杂性。智能天线技术是波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线，可以抑制信号干扰、自动跟踪和调节数字波束。根据信号波根据发射方向做出自我调节，对相对同步的信号动态区分。自我调节信号到达的区域，而想要到达的波束方向不变，附带干扰波束不影响主波。应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，信号的干扰是每一代通信系统着力解决的问题。每一项技术的研发都离不开降噪。智能天线是目前应用中比较理想的降噪方法，并且使系统的容量大大提高，降噪的同时保证了信号质量，扩大了覆盖区域，同时降低了建设成本。软件无线电是采用数字信号处理技术，通过软件代替硬件来完成相应的功能，也就是用软件来实现物理层链接的无线通讯方式。其主要是用宽带无线接收机代替原来的窄带接收机，把数字模拟转化器放在天线周围使用，用软件完成信号规则设置。软件无线电技术系统的结构可以通用，功能实现灵活，方便升级，系统抗干扰进一步加强，满足不同类型的网络和接口。4G系统与其他系统的联通并无障碍，连接便利。独立完成信号接入。能独立完成点到点的所有IP业务，能与核心网互联互通。这一开放结构带来了很大便利，原本需要转换接口的技术支持和设备准备无需再用，而各项功能也逐一实现，彼此完成。独立的IP技术使原本相互依存的无线接入方式和物理层彼此独立。IP核心网与多种无线接入协议相兼容，在设计核心网络时不必考虑采用哪种方式和协议，接入都非常灵活。除此之外，4G系统对接收机的性能要求很高。

目前4G已经进入密集的推广应用阶段，大部分手机也开始支持4G网络，我们都能体验到4G网速的提高。而随着科技的发展和未来需求的膨胀，5G早已进入如火如荼的研发阶段。4G时代必然会向技术更新速度更快的5G市场走去。未来5G将能带来更快的手机上网体验和更丰富的手机应用，比如通过手机遥控家用电器甚至汽车，实现万物互联。通讯行业，5G未来也意味着技术标准主导权和专利话语权的争夺。每一代通信网络都会形成一批以专利为代表的知识产权成果，参与其中的厂商占比的多少会影响着它们在未来数年从行业获取的利润的多少。华为在4G技术中的知识产权占比达到25%，5G有望实现更多专利。新一代通信技术的应用和普及还会带来新一轮的投资热潮。从技术层面来看，5G不是一次革命，5G是4G的延续，5G在核心网部分不会有太大的变动，其关键技术集中在无线部分。目前还没有定论究竟会采用何种技术，现将目前使用的若干技术进行简述。

5G不再恋战低频段转而投向空间广阔的高频领域，使得频谱资源丰富起来，比如厘米波段和毫米波段的资源都能使用。频谱领域的打开拓展了技术的设计和功能研发的空间，并且加快了短距离通信速度。新型天线技术也是5G探索的技术。新型多天线技术早在前几代通讯技术时代也有过考量，无源技术和有源技术都有过研发和实践，也积累了丰富的经验，包括二维技术和后来的三维技术支持。随着科技的发展，将在频谱效率提升上大做文章，我们期待速率实现更大的突破。前几代通讯技术一直采用的组网方式是蜂窝通信系统，把基站作为中心覆盖小区。而基站是无法移动的，结构不灵活，5G可能不再使用类似的基站。

5G也在探索一种全双工技术。在同一信号上，通信的发射方和接收方同时发送和接收信号，同时开工，使效率加倍。5G技术将会更加多元、更加综合、更加智能，以满足未来数据流量的无数倍增长。C-RAN接入网架构，能够接入集中处理和实时云计算功能，也是未来主要使用的技术之一。目前主要的研究内容包括C-RAN的架构和功能，如集中控制、基带池RRU接口定义、基于C-RAN的更紧密协作。类似基站簇、虚拟小区的思想也在此技术下进行研发。通讯工具在近几十年悄然改变我们的生活，与我们的工作和生活的联系越来越密切，从发送消息的传呼机到手机通讯，从使用手机打电话、发短消息再到使用手机玩游戏、看视频、上网办公的智能机器，越来越多的功能将运用到手机中，手机将成为我们的全体设备遥控指挥中心。手机给我们的生活带来很大便利，很多行业制作了客户端供手机用户使用，可以通过手机浏览网络、在线购物、在线学习、银行交易、手机导航、手机查询等。手机客户端的使用非常便利，受到用户的青睐，将来手机功能的需求会越来越大，那么手机承载了如此多的功能，通讯网络的速率支持，质量支持也是大大考验着5G的研发人员，究竟要带给我们什么样的5G未来。因此，所有的技术无一例外地支持速率、支持降噪、支持安全。使用D2D实现直接通信，新型的网络架构都是目前5G研发的热点。

尽管此时5G技术尚没有最终的标准，但当我们刚刚升级使用到4G网络的时候，世界上很多国家早已投入到5G的战斗中来，大部分国家和企业都投入了大量资金到5G技术的研发中，争分夺秒地抢夺未来制定5G规则的话语权。5G并不是某一种技术的进步，也不是哪一个新技术的应用。5G是3G和4G的融合发展，将实现前几代网络的共存发展，是一个完全的融合网络，前期铺盖的基础设施完全可以继续使用。实现5G是未来通信技术的发展趋势。5G将通过更高的频谱效率、更多的频谱资源以及更密集的小区部署等共同满足移动业务流量增长的需求。未来5G究竟如何发展，我国通讯技术的发展和专利占比能否达到一个新的高度，让我们共同期待。

参考文献

[1] 尤肖虎.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学，2014，（5）.

[2] 张献英.第四代移动通信技术浅析[J].数字通信世界，2011，（6）.

（责任编辑：周 琼）