5G移动通信关键技术与发展趋势研究

梁燕 常新征

【摘要】 移动通信技术以其提升信息化水平为发展目标，对于推动国民经济发展意义重大。第5代移动通信系统（5G）是目前移动通信领域关注最热的新一代移动通信系统，目前有关技术仍处于起步和发展探索阶段。本文对于5G移动通信涉及到的主要关键技术以及未来的发展趋势展开了研究。

【关键词】 5G 无线传输 网络技术 SDN

一、5G移动通信的概述

IMT-2020（5G）推进组在5G概念白皮书中提到，5G在2020年以后将成为第五代的移动通信系统。纵观移动通信技术自应用（2G-3G-4G）以来的发展趋势推论，5G相对4G来说最明显的进步体现在传输速率和频谱利用率的大幅提高。5G大范围的应用和推广离不开无线移动技术和网络技术的大力支持，两者相辅相成共同打造功能更加强悍的通信网络，从而实现未来十年互联网移动通信网速上升到目前的1000倍的伟大目标[1]。

二、5G 无线移动关键技术

2.1 无线传输技术

未来5G在无线技术领域中最为瞩目的突破是多人多出（MIMO）技术的变革。MIMO技术的核心思想是采取多天线方式完成信号的无线传输，进而在保证信号传输性能的前提下降低传输成本。大规模MIMO技术的应用要求整个基站投入使用数量充足的天线进行信号的发送、传输与接收。这是因为无线信号在传输过程中自身分解形成不同单独的子信号，子信号各自具备单独的空间流。5G移动通信中MIMO无线传输技术能够采用多个天线完成同时收发不同空间流的功能，并且不会混淆源自于不同方位的信号。另外，MIMO技术还能够为无线传输信道提供理想的空间复用增益和分集增益。因此，5G中信道的衰落现象将明显减弱，进而衡量传输质量的误码率也大幅降低。由此可见，运用MIMO技术能够进一步挖掘空间资源，扩大无线信号的物理覆盖范围。

2.2基于滤波器组的多载波技术

在5G移动通信系统中，多载波方案着重采用滤波器组多载波（FBMC）技术。FBMC技术应用网络类型为不具备中心的网络架构，如无固定设施的网络或对等网络，可有效改善频谱效率过低、多径衰落严重等问题。对于上述类型的通信网络来说，部分设备出现故障，整个网络系统无故障部分仍可维持一定的通信能力，重要的通信不会因此受影响。由此可见，应用FBMC技术的通信网络鲁棒性和生存性都较为理想，同时能够提高信号的接收效果，适用于高速率通信需求业务的处理。

2.3全双工技术

全双工通信技术在移动通信领域指的是信息传输可实现双向通信，并且保持同时同频的通信方式。理论上来说，应用全双工通信技术的通信系统中频谱利用率为传统通信系统的2倍，频谱灵活性进一步提升。从提高频谱利用率角度出发，随着硬件水平不断提升以及数字信号处理技术的深度挖掘，未来5G移动通信系统将充分利用全双工技术为无线传输所服务。但这需要首先解决全双工技术当前所面临的来自实际设备中自干扰的难题。虽然目前提出的一些干扰抵消技术如模拟端干扰抵消等能够在简单的实验环境（单基站、小终端数量）中大力改善自干扰问题，但对于较为复杂的场景（大基站和大量终端）仍未得到有效解决方案。

三、5G网络关键技术

网络通信和计算机技术是当今信息技术时代发展最为迅猛的两大技术，云计算、数据中心等新兴产业要求网络的可扩展性、安全性、灵活性等方面均需实在质的飞跃。软件定义网络（SDN）开创了网络架构的新时代，其核心思想通过抽离网络设备的控制平面从而实现控制与转发功能解耦，其控制功能由专属的控制器负责，从而大幅降低运营成本，提高全网性能。因此未来5G移动通信系统将利用SDN技术来优化整个网络的管控功能，从而驱动整个移动通信的生态系统。SDN网络架构支撑下的5G移动通信系统被划分为接入云、控制云和转发云三个域。接入云负责不同无线制式的接入功能，通过分别部署集中式和分布式不同的接入架构，管理系统中的回传链路，无线资源管理更加灵活、高效；控制云则遵循控制与转发分离的基本原则，主要负责会话控制、系统移动性的管理和QoS保证；转发云则需收到控制云的控制，对底层资源进行调度，完成大批量业务数据流的高质量、高效率传输[2]。

四、 总结及展望

5G移动通信技术能够满足面向2020年移动互联网业务的高速、大容量、高标准需求，可支持连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠等四个主要技术场景。5G移动通信技术主要有两条实现技术路线：新技术的研发应用以及在当前已经商业化的4G移动通信技术基础上平滑演进，5G技术一旦成熟且进入商业化发展阶段，Gbps用户体验速率则不再是纸上谈兵，同时可为多种场景下的不同业务需求均提供一致性服务，由此降低投入成本和管理成本。

参 考 文 献

[1] 彭景乐.5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨[J].中国新通信，2014，20：52.

[2] Boccardi. F， Heath. R. W， Lozano. A， et al. Five Disruptive Technology Directions for 5G[J]. IEEE Communications Magazine， 2014， 52（2） ： 74-80.