第五代移动通信技术综述

孙焱 赵璐

关键词：5G移动通信技术发展现状;关键技术;发展趋势

一、发展历程

第一代移动通信系统为模拟通信系统，传输语音信号，采用蜂窝结构，频带在相隔一定距离的蜂窝上可重复使用;系统抗干扰能力差，频率复用有限，无法长途漫游，为区域移动通信系统。

第二代移动通信系统采用数字时分多址（TDMA）技术、码分多址（CDMA）技术;承载数字化语音业务及低速率数据业务;话音质量、保密性均有提高;可进行省内、省际自动漫游;2G代表：GSM和IS-95。

第三代移动通信系统带宽更宽，传输速度最低为384K，最高为2M，频带可达5MHz;承载语音及数据业务，提供无线应用、高速数据传输和宽带多媒体服务;主流3G标准：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。

第四代移动通信系统为宽带接入和分布式网络，具有非对称超过2 Mb/s的数据传输能力，对全速移动用户提供150 Mb/s的高质量影像服务，实现三维图像的高质量传输;用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准;宽带无线局域网与B-ISDN和ATM兼容。

二、5G概念

第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G）是具有高速率、低时延的新一代移动通信技术，是实现人机物互联的网络技术。

国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）。增强移动宽带（eMBB）主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验;超高可靠低时延通信（uRLLC）主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的行业应用需求;海量机器类通信（mMTC）主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。

三、5G特点

1.峰值速率需要达到10-20Gbit/s，以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。

2.空中接口时延低至1ms，满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。

3.具备100万连接/平方公里的设备连接能力，满足物联网通信。

4.频谱效率要比LTE提升3倍以上。

5.连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。

6.流量密度达到10Mbps/m2以上。

7.支持500km/h的高速移动。

四、5G关键技术

5G国际技术标准重点满足灵活多样的物联网需要。在频段方面， 5G同時支持中低频和高频频段，中低频满足覆盖和容量需求，支持百MHz的基础带宽。为了支持高速率传输和更优覆盖，采用LDPC、Polar新型信道编码方案、性能更强的大规模天线技术等。

（一）大规模MIMO技术

MIMO技术为5G网络的核心技术，在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过多个天线进行传送和接收。在不增加频谱资源和天线发射功率的前提下，可以成倍的提高系统信道的容量，提高了移动通信的传输效率。

（二）全双工技术

全双工技术主要指的是实现同时、同频进行双向通信的技术。全双工技术可以在发送设备和接收设备采取点到点的连接，这就意味着在全双工的传送方式下降低无线资源消耗，灵活运用频谱，提高了5G移动通信的传输效率和传输速度。

（三）超密集异构网络技术

5G移动通信正朝着多元化的方向发展，随着移动数据流量呈爆炸式的增长，超密集异构网络将会成为5G移动通信提高数据流量的关键技术。该技术可以有效缩短节点与终端的距离，使网络的功率和频谱大幅度的提高，扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量。

（四）高频段使用技术

对于移动通信技术而言，3G以下的频率可以很好的支持移动移动性，具有良好的覆盖效果，但目前这一段频谱资源十分匮乏，而3G以上频谱资源十分丰富，有效的利用这一区间的频率，将极大的缓解频谱资源紧张的问题。

（五）多载波技术

由于现阶段的OFDM技术在大范围空白频谱方面的能力还比较弱，所以就对移动通信的传输速率造成了一定的限制，多载波技术在发送端采用合成滤波器来调制多载波，接受端采用分析滤波器来调制多载波，有效的控制载波间的相互干扰，提升了抗干扰性。

五、5G发展现状

5G已经在网络系统吞吐率、网络资源利用率、频谱资源、智能化方面显示了其巨大的优势。如，在智能家居方面，由于5G网络的普遍应用，可以将手机、所有家电进行可控制性的互联，并营造出4G时代不曾有的虚拟观看，使用户直接在手机上看到立体画面外投的家居情况。

六、展望6G

5G实现了高速率、低功耗、低时延;而6G的下载速度比5G还要快百倍，6G可将网络延迟从毫秒减少到微妙。6G除了要进行频段升级外，还可以实现多网络集成、网络的个性化等需求。

七、结语

本文详细介绍了移动通信的发展阶段，从基本概念、主要特点、核心技术等方面全面介绍了5G;阐明了5G具有的关键技术及国内外发展状况，并展望了6G。

参考文献：

[1] 3GPP TR 38.804.Study on New Radio（NR） access technology，radio interface protocol aspects（Release 14）[R].2016.

[2] IMT-2020 5G网络技术白皮书[R].2016.

[3] 刘光毅，方敏，关皓，等.5G移动通信系统：从演进到革命[M].北京：人民邮电出版社，2016.

[4] IMT-2020（5G）推进组[OL].[2017-07-07].http：//www.imt-2020.org.cn/zh.

作者简介：孙焱（1979.7.8），男，汉族，吉林省吉林市，研究生，高级工程师，通信及计算机技术.