4G与5G关键技术的比较

范晓寒

国家知识产权局专利局，北京 100088

4G与5G关键技术的比较

范晓寒

国家知识产权局专利局，北京 100088

4G移动通信技术逐渐取代2G和3G移动通信技术而广泛应用，于是5G移动通信技术应运而生。未来5G网络是一个多网络、多频段、多制式的混合网络，相对4G频谱效率将显著提升，各国开始着眼于5G的研究与开发。通过比较4G和5G的重要关键技术，对实现4G到5G的平滑升级提供了参考。

5G；4G；关键技术；比较

引言

通信技术的每一次更新换代，都会带来翻天覆地的变化，3G向4G过渡时如此，4G发展到5G亦将如此。5G的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，力争在未来5G技术与商业竞争中的获得领先优势，成为各国信息产业发展的要务之一。

1 4G关键技术概述

1.1 正交频分复用（OFDM）技术

OFDM是4G最重要的关键技术之一，能够最大限度的提高系统的运行性能。在多载波调制范围内应用正交频分复用技术，信道可以分解为多个正交子信道，在每个子信道里进行数据传输。在信道的多径效应影响下，OFDM能够有效消除频率选择性衰落，避免码间串扰，提高了通信的性能。[1]

1.2 智能天线（adaptive antenna array，AAA）技术

智能天线技术是一种基于自适应天线原理的移动通信技术，具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，并可以同时获取基站和移动站之前的各个链路方向特性。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内的信号，既能改善信号质量又能增加传输容量。智能天线在消除干扰、扩大小区半径、降低系统成本、提高系统容量等方面具有不可比拟的优越性，因此在4G通信系统中得到广泛应用。

1.3 空分多址技术

空分多址技术利用空间划分，获取不同方位的信息和地址。这样传输信号能够在有限的频率资源中进行有效的传输，各种途径的传输信号在特定同一时间间隙领域中的实现，可以提高传输信号在有限的频率资源中的传输效率。此外，对于各类渠道的传输信号来讲，在相同时间内，利用空分多址技术可以有效避免各个信号之间的相互干扰，使得信号质量大大提高。

2 5G通信网络的关键技术

2.1 大规模MIMO 技术

大规模MIMO技术是5G最关键的技术之一，也称大型天线系统。作为提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段，大规模MIMO技术已经应用于多种无线通信系统，例如，3G系统、LTE、LTE-A、WLAN 等。根据信息论，天线数量越多，频谱效率和可靠性提升越明显。在4G基础上，由最多8根天线达到最多数百至数千根服务天线的使用，大规模MIMO技术的采用可使基站的多个用户实现同时即时通信。额外的天线有助于把信号能量传输和接收整合微小空间，这使得在同时调度大量用户终端时可以增加吞吐量和改善能源效率。在天线的配置方式上，多个天线既可以集中地配置在一个基站上，形成集中式的大规模MIMO，也可以分布式地配置在多个节点上，形成分布式的大规模MIMO。

大规模MIMO技术的优势主要在于：第一，在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率；第二，将波束集中在很窄的范围内，从而大幅度降低干扰；第三，大幅降低发射功率。

目前中国的大唐、华为、中兴都已经完成了有关大规模MIMO技术的测试，使得2020年国内大范围实现5G技术成为了可能。

2.2 毫米波通信技术

毫米波是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。目前世界上现有可利用频段资源非常有限，所用的无线电频谱都在6 GHz以下，而处在毫米波频段上（3～60 GHz）的资源虽然丰富，却尚未被充分开发利用。因此，5G将在9.9～86 GHz上展开全新RAT技术研究。9.9～86 GHz主要用来做超密集网络（UDN），所以UDN层和LTE 层将会重叠覆盖，并且互操作耦合。随着基站天线规模的增加，能够在有限的空间内部署更多天线也要求通信的波长不能太长。毫米波通信技术为未来实现可触式互联网、低时延性的虚拟现实以及3D等应用的研究提供了新的发展方向。

2.3 双全工通信技术

双全工通信技术是同时同频进行双向通信的技术手段。由于无线通信系统中，网络侧和终端侧存在固有的发射信号对信号接收的干扰，同时同频进行双向通信技术还不够完善，还不能实现同时同频的双向通信，浪费了大量的无线资源，例如频率和时间。因此，全双工通信技术成为了5G移动通信技术的无线传输技术中一个重要的研究方向。全双工通信技术可以减少无线资源的浪费，可实现更加灵活的频谱使用。实现全双工通信技术面临的主要问题是自干扰的抵消。目前已研发出各类干扰抵消技术，包括模拟端干扰抵消、对已知的干扰信号的数字端干扰抵消及它们的混合方式、利用附加的放置在特定位置的天线进行干扰抵消的技术等。通过这些技术的联合应用，在特定的场景下，能消除大部分的自干扰。

3 结束语

在4G技术还未全面普及的今天，诸如大规模MIMO技术、毫米波通信技术以及全双工通信技术等5G关键技术已经在实践中得到了验证，充分表明了移动通信技术发展之迅猛。5G技术的研发尚处于初期阶段，但是在2020年之后便可实现大规模商用，为用户带来新的业务体验。现在已经进入确定5G技术需求和关键指标的关键时期。随着研究的不断深入，5G关键技术将逐步得以明确，未来几年，5G移动通信技术将进入实质性的标准化研究与制定阶段。

[1]王军选.第四代移动通信系统及其关键技术研究[J]. 电信科学，2009（3）：12.

Comparison of 4G and 5G Key Technologies

Fan Xiaoyan
State Intellectual Property Office of the Patent Office, Beijing 100088

4G mobile communication technology gradually replaced 2G and 3G mobile communication technology and widely used, so 5G mobile communication technology came into being.The future 5G network is a multi-network,multi-band, multi-standard hybrid network, the relative 4G spectrum efficiency will be significantly improved, countries began to focus on 5G research and development.This article by comparing 4G and 5G important key technology, to achieve 4G to 5G smooth upgrade provides a reference

5G; 4G; key technology; comparison

TN929.5

A

1009-6434（2017）3-0119-02