移动通信5G研究进展

卢新宇

摘   要：随着通信技术的快速发展，5G通信技术已经如约而至，然而仍然存在许多关键技术尚未突破，需要进一步研究。结合国内外移动通信的最新发展趋势，文章对5G通信网络技术研究进展以及5G通信网络的关键技术进行了简单综述，希望5G早日完成技术突破，实现产业化。

关键词：移动通信;5G;关键技术;研究进展

在过去的半个世纪中，移动通信的发展对人们的生活、生产、工作、娱乐乃至政治、经济和文化都产生了深刻的影响，30年前幻想中的无人机、智能家居、网络视频、网上购物等均已实现。移动通信技术经历了模拟传输、数字语音传输、互联网通信、个人通信、新一代无线移动通信5个发展阶段。相信在不远的将来，5G将实现人与人、人与物、物与物的交互体验，实现人与万物快速地互通互联[1]。

1    移动通信网络发展历程

1G采用蜂窝系统的频多分址技术信道按需分配，且不能被其他用户共享，主要蜂窝系统包括AMPS，NMT，Hiccup，CDPD，Mobitex，TACS和ETACS等。由于采用模拟系统，满足人们无线移动通行的同时，移动电话容易被窃听。

2G采用时分多址接入技术。主要包括USDC和GSM多址接入技术，其标准包括GSM，iDEN，USDC，IS-95，PDC，CSD，PHS，GPRS，HSCSD和WiDEN等[2]。这种固定分配方式的多址接入协议最大的缺点是当有的站没有数据要发送时，分配给它的那些时间片就会白白地浪费掉，即使某一个站可能有大量的待发数据，它也无法使用属于别的站的空闲时间片，虽然满足了人们对数字移动的需求，但传输速度很慢、能耗过高。

3G采用码分多址技术。主要提高了通信宽带的速率和语音通话的安全性，其通信宽带速率大于500 Kb/s，能夠满足人们手机上网速率的要求，然而播放高清视频速度慢、画面不稳定、不清楚，目前有WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA 3个标准[3]。

4G采用正交频分复用技术和多天线技术融合。能够像高清晰度电视一样，传输高质量的图像和视频。其上网速度比拨号上网提高了2 000倍，传输速度可达到20 Mbps，基本能够满足用户对网络传输和下载速度的要求。

5G采用多种新型无线接入技术，是与目前4G无线接入技术的融合和集成。其特点主要体现在：峰值网络速率达到10 Gbps，网络传输速度比4G快10～100倍;网络端到端时延达到1 ms;频谱效率5～10倍，能够承载1 000亿个网络连接，将是一个更加广阔和开放的网络世界;流量密度提升1 000倍，与4G相比，成本、能耗和安全性得到大幅度提高[4]。

5G应用远景如图1所示。

2    IMT—2020推进组关于5G的研究进展

IMT—2020（5G）推进组是在2013年2月由工业和信息化部、发展和改革委员会、科学技术部共同支持下，联合国内产学研界多方技术力量，共同成立的5G移动通信技术研究组织。成员主要有中国信息通信研究院、中国移动通信集团公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司和大唐电信科技股份有限公司等。

IMT—2020推进组5G试验计划分3步，第一步是为5G技术研发试验，主要目标是参与5G国际标准制定，时间为2016—2018年;第二步是5G产品研发试验，主要目标是开展5G商用测试，时间为2018—2020年年底;第三步是2020年以后实现5G通信大规模正式商用。

在5G移动通信网络研发中，中兴通讯的MUSA方案，能够让系统在相同的时频资源下支持3～6倍的用户接入数，极大降低了终端功耗，能够实现9 000万连接数/MHz/h。目前，中兴通讯已联合西班牙电话公司Telefonica完成了5G网络架构和承载测试，与法国电信运营商Orange于2018年在欧洲进行多站点5G独立组网架构测试，与中国电信在雄安、苏州开展了首批5G预商用测试，与中国联通建设的首个5G NR新空口外场测试站点也完成了业务验证[5]。

3    5G通信网络的关键技术

5G通信网络关键技术主要包括超密集异构网络、终端直通技术、自组织网络技术、软件定义无线网络、内容分发网络等技术。

3.1  超密集异构网络

超密集异构网络（Ultra Dense Deployment，UDN）技术主要解决网络多元化、宽带化、高容量、智能化和综合化等问题。如减小小区半径、增加低功率节点数量，改善网络覆盖等问题。大幅度提高系统容量将作为重点研究方向，该问题的解决将有助于大幅度提高网络数据流量[6]。

3.2  终端直通技术

终端直通技术（Device to Device，D2D）是借助于WiFi等现有成熟设备和技术来实现点对点直接通信技术，不需要经过中间设备和终端设备[7]，用户既是伺服器又是客户端，D2D技术节省了大量的无线通信信号资源。如在车联网中采用D2D技术，可以避免大量信号堵塞和碰撞，从而提高信号的可靠性能。

3.3  自组织网络技术

自组织网络技术（Self-Organizing Network，SON）是一种能够提供终端相互通信的多跳、自治网络，其架构主要有集中式、分布式、混合式3种。其中，集中式架构具有控制范围广、冲突小等优点，但运行速度慢、算法复杂。分布式主要通过SON发布在eNB上实现，效率高、控制性好，但协调困难。混合式是上述两种方式的融合，缺点是设计复杂。目前，异构网络协作的SON技术是重点研究方向[8]。

3.4  软件定义无线网络

软件定义无线网络（Software Defined Network，SDN）是通过软件将控制与数据分开控制管理，实现网络的转发和分离[9]。主要由应用层、控制层、基础设施层构成，其中，核心层是全网拓扑、网络优化的中心。它能够实现用户属性、动态网络需求、实时网络等功能，能够减少资源配置错误，使网络更加智能化。

3.5  内容分发网络

内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）是一種虚拟智能分布式网络，通过智能分析就近访问，避免了互联网繁忙信息传输通道，从而使信号传输更加快捷、稳定和安全。目前主要有单中心节点结构、多中心节点结构和网络结构3种形式。

3.6  新型网络构架技术

新型网络构架技术（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）是一种新型无线接入架构方式，它是无线电、云计算和集中处理技术的耦合，是未来5G接入网络构架主要方式。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电网的架构。C-RAN主要通过光纤网络在中心节点和远端天线之间进行信号的高速传输，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。其架构能够减少干扰，降低功耗，提升频谱效率，有利于实现动态使用智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营成本。研究的主要内容包括C-RAN的架构和功能，如集中控制，基带池RRU借口定义，基于C-RAN的更紧密协作，如基站簇、虚拟小区等[10]。

3.7  全双工技术

同时同频全双工技术（Full Duplex Technology，FDT）是指在相同的频谱上，通信的收发方同时发射和接收信号。与传统双工模式中的频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）和时分双工（Time Division Duplexing，TDD）比较，可使空口频谱效率提高1倍，具备更高的干扰消除能力，同频同时全双工是一项极具潜力的新兴无线通信技术，已受到学术界和产业界的广泛关注[11]。

4    结语

本文对移动通信发展进行了简单的综述，重点评述了目前5G移动通信的关键技术。移动通信经历了1G，2G，3G和4G的发展和运行，5G的速度比4G快100倍，将能够满足快速发展的移动互联网、物联网的需求。随着5G技术完善、成熟和应用，相信在2020年左右可完全实现5G的商业化。

[参考文献]

[1]赵清建.邬贺铨：5G技术助力移动互联网实现万物互联[EB/OL].（2017-01-18）[2019-5-10].http：//tech.gmw.cn/2017-01/18/content_23500682.htm.

[2]佚名.2G即将成为历史中国移动关闭部分国家2G网络[EB/OL].（2018-04-26）[2019-5-10].http：//baijiahao.baidu.com/s？id=1573893423208609&wfr=spider&for=pc.

[3]王胡成，徐晖，程志密，等.5G网络技术研究现状和发展趋势[J].电信科学，2015（9）：1-7.

[4]赵国峰，陈婧韩，韩远兵，等.5G移动通信网络关键技术综述[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），2015（4）：441-452.

[5]佚名.无线通信系统的发展历程与趋势[EB/OL].（2014-03-11）[2019-5-10].https：//wenku.baidu.com/view/0f8afeb8aef8941ea76e05c8.html.

[6]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学：信息科学（自然科学版），2014（5）：551-563.

[7]周巍.5G关键技术的研究及方向[J].中国新通信，2018（6）：29-30.

[8]李嘉麒，孙恩昌，王卓.软件定义无线网络综述与展望[J].中国电子科学研究院学报，2017（6）：570-561.

[9]张震，张雷.基于CCN的CDN视频内容分发技术研究[J].软件，2015（1）：67-71.

[10]雷秋燕，张治中，程方，等.基于C-RAN的5G无线接入网架构[J].电信科学，2015（1）：106-115.

[11]曾梦岐，陶建军，冯中华.5G通信安全进展研究[J].通信技术，2017（4）：779-784.

Abstract：With the rapid development of communication technology， 5G communication technology has come as promised， but there are still many key technologies that have not yet been broken through， which need to be further studied. Combined with the latest development trend of mobile communication at home and abroad， this paper briefly summarizes the research progress of 5G communication network technology and the key technologies of 5G communication network. It is hoped that 5G will complete the technological breakthrough and realize industrialization as soon as possible.

Key words：mobile communication; 5G; key technologies; research progress