试论5G通信的特点及关键技术

连作雄



试论5G通信的特点及关键技术

连作雄

广东省电信工程有限公司，广东 广州 510440

随着移动互联网的快速发展，5G移动通信应运而生，将逐渐发展为未来新一代的移动通信网络系统。然而，目前5G移动通信还处在初期阶段。因此，研究有关于5G 移动通信的关键技术已是目前的发展趋势。

5G；通信；特点；关键技术

1 5G 技术的特点

（1）5G 技术最主要的特点是将更关注于用户体验方面，实现网络的广域覆盖功能。如果4G 技术与3G 技术相比最重大的突破是速度的话，那么5G技术与4G 技术相比最重大的突破就是更广范围无处不在的强大连接功能。使使用者无论身处何方，所用的是什么设备都可以迅速连接网络。

（2）根据白皮书中的要求，5G 还将实现低功耗的优点。众所周知，4G尽管速度上比起3G 大幅度提升，但是对于手机电池的要求也大大增加。而目前不仅是手机可以连接上网，可佩戴式的智能手表，智能手环也开始出现在人们的视野之中，而这些设备所重视的并不是传输速率，而是耗电量。低功耗特点的实现将会大大提升其他智能设备的研制与开发。

（3）热点高容量也是未来5G 技术发展的重要研究方向。该特点的实现将可成功消除4G 技术由于流量需求大时传输速率就会大幅度下降的缺点，同时，在人口密度大的地方运用此技术也可以使传输速率平均分配，不会出现卡顿以及消息滞后的情况。

（4）5G 技术的低时延特点将针对于对时延性及可靠性要求高的工商业方面，目前世界上普遍对5G 低时延的认识是其低延迟性达到1 ms 且稳定度和可靠性超过99.999 %，每位用户最小容量达到1 Gbps。

（5）更好的端到端性能。如何改善端到端性能也是5G 目前面临的重要问题，智能设备的某些程序由于需要一直不停的运行，因此设备就会持续不断地向搜索信息的服务器发送信息请求，确保时时保持连接。然而这样就会使端到端性能变差，使得信息发送以及下载变得迟滞。

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，更是提升频谱效率最重要的技术之一。所谓大规模MIMO 技术也称为大型天线系统，是在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，该技术的改革可使该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到一个很小的空间，这使得在同时调度大量用户终端时获得了巨大的吞吐量和能源效率的改善。大规模MIMO 技术最初的设想是时分双工（TDD）的操作，但也可以被应用在频分双工（FDD）操作。大规模MIMO 技术的其他优点包括其使用的元件廉价且低功耗，可以减少延迟以及被用户所广泛使用，大规模MIMO 技术使得许多传统研究的问题获得了解决，并且对于信息方向有了全新的进展以及研究方向。同时，在大规模MIMO 技术上，也有了一些新的研究问题迫切的需要关注。例如，如何将大量低成本低精度的部件有效地结合在一起，终端如何分配新加入的资源，怎样开发额外的天线用来提供服务以及如何降低内部功耗达到总能源效率的降低等等。目前，我国的大唐、华为、中兴都已经完成了有关大规模MIMO 技术的测试。其中，大唐的原型是工作在3.5 GHz，带宽是100 MHz 电线，天线数是256，用户数是10个。基于最终的测试结果，其峰值传输速率达到4 Gbps，相比于双流提高了8 倍。得到了相当高的提升。这项技术在我国测试的成功使得2020 年5G 技术实现大范围的使用成为了可能。

2.2 毫米波通信技术

毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展[1]。目前，世界上现在所用的频段资源是非常稀缺的，所用的无线电信系统频谱都在6 GHz 以下，而处在毫米波频段上（3～60 GHz）的资源却非常丰富，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，以LTE 技术为基础用来做网络广域覆盖的研究，9.9～86 GHz 主要用来做超密集网络（UDN），所以UDN 层和LTE 层将会是重叠覆盖，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。

目前，中国贝尔实验室通过在毫米波波段上使用大规模MIMO 技术（多输入多输出技术），实现了显著的容量改善及相关效率的提升。通过峰值传输速率超过50 Gbps 的原型机，贝尔实验室中国在28 GHz毫米波频段上成功实现了高达100 bps/Hz的频谱效率，其传输速率可以让用户使用网络下载变得更为快捷，可以实现仅仅几秒钟达到几百兆的数据传输。毫米波通信技术的实现使得为未来实现可触式互联网、低时延性的虚拟现实以及3D 等未来应用的研究提供了新的发展方向[2]。

2.3 D2D 通信技术

在5G 技术中，D2D 通信简单来说就是设备间的通信，其目的在于提高用户体验以及提升用户的使用质量。其最早提出是用来解决蜂窝网络中数据传输所造成的流量大幅度增长的问题。从2013 年起，由于5G 的兴起，世界开始着重对D2D 通信技术进行了研讨，现在，D2D 技术已经成为了4G、5G 的关键技术之一。目前，D2D 技术的发展也从初期的用基站协调来从而建立D2D 通信到如今已经发展成可以由基站协调或者基站完全不参与的情况。国内外很多研究者也开始研究如何利用D2D 设备作为中继，使不在基站覆盖范围内的设备也可以直接接入蜂窝网络。相比于蓝牙和Wi-Fi 等技术，D2D通信的优势是其工作在蜂窝系统的频段，即使通信双方增加了通信距离后仍能保证用户体验质量。同时D2D 通信也可以实现高于其他传输设备的传输速率以及相对较低的时延性，D2D 通信相比耗电较大的Wi-Fi也具有较低的功耗这个优点。目前，D2D通信主要采取广播、多播、单播三种形式，因此其与蜂窝移动网络相比更难调度，也更为复杂，这是目前亟待解决的问题。

相比于蓝牙，D2D 通信距离更长、更稳定。而蓝牙不仅需要用户手动设置终端配对密钥，同时蓝牙工作的频段是非授权频段，通信质量不高也不稳定，因此，可想而知D2D 通信技术将会在5G 时代占据十分重要的角色，为大量终端建立大规模的移动网络以及多种通信业务的实现提供实际的支持。

3 结束语

在4G 技术还未全面普及的今天，5G 的关键技术大规模MIMO 技术、毫米波通信技术以及D2D 通信技已经在实践中得到了验证，同时所得到的结果也符合预期，这充分表明了移动通信技术发展之迅速。尽管5G 的标准还未真正形成，但是作为电信相关的学生，应该跟随通信方面的大方向，在2020年5G 正式进入公众视野之前便对其有一定的了解。5G 一定会依据其高速率低功耗以及稳定性占据全球的通信方式，因此，应全力推动有关于5G 相关技术的发展，并对其今后的推广与实行进行更深入的研究。

[1]朱伟文.5G 网络通信技术的应用研究[J].建材与装饰，2016（31）：63.

[2]丁涛.5G 时代传输网络建设策略探讨[J].移动通信，2016，40（15）：89-90.

Discussion on the characteristics and key technologies of 5G communication

Lianzuoxiong

Guangdong Telecom Engineering Co., Ltd., Guangdong 510440, China,

with the rapid development of mobile Internet, 5G mobile communication came into being, will gradually develop into the mobile communication network system in the future. However, a new generation of 5G mobile communication is still in its early stages. Therefore, research on key technology of 5G mobile communication is the trend of development at present.

5G; communication; characteristic; key technology

TN929.5

A

1009-6434（2017）01-0058-02