5G移动通信发展趋势与若干关键技术

朱云乐

（重庆三峡职业学院 重庆 404000）

1 引言

在科技飞速发展的背景下，移动通信技术也由原本的2G逐渐发展到5G，并且5G移动通信逐渐成为未来通信的主要发展方向。5G移动通信具有广阔的发展前景，物联网以及移动互联网均属于其主要的应用方向[1]。人工智能以及自动驾驶等新兴科技的出现，都表明了5G移动通信技术在未来科技中的成功应用。5G移动通信将成为未来新一代信息基础设施的重要组成部分，对于全球智能终端的普及以及移动互联网的快速发展均具有促进作用。5G移动通信具有较高的频谱利用率以及能效，其在传输速率以及资源利用率方面均具有突出的优势，其应用领域也将得到进一步扩展[2]。

2 5G移动通信技术及其特点

5G移动通信技术具有突出的特点，其是在4G移动通信技术的基础上进一步发展而来的，其可以实现相对高端的通信系统的构建。5G移动通信技术在移动通信网络系统安全性以及灵活性提升方面均具有突出的作用，能够有效解决4G系统当中存在的诸多不足之处。利用5G技术可以进一步提升用户获得的体验，并且充分提升网络平均吞吐速率，在这一基础上进一步强化移动通信技术的实用性。5G移动通信技术当中不可或缺的重要组成部分为室内通信技术，有利于拓展移动通信网络的覆盖面，充分发挥移动通信设备在室内移动通信中的作用[3]。在发展5G移动通信技术时，应当注重网络流量的使用情况，合理分配网络资源，从而促进运营商运营成本的有效降低。

3 5G移动通信发展趋势

5G移动通信技术有助于数据流量的增加、互联网设备数目的扩大、用户速率的提升、可靠性的提升、频谱利用率的提高以及网络耗能的降低[4]。根据相关的研究预测，在10年之后全球移动数据流量与现在相比会呈1 000倍增长，在未来发展阶段应当提升5G移动通信技术的吞吐量，使其在繁忙时能够保证达到100 GB/s/km2以上。近年来，智能终端的发展速度也得到了明显的提升，未来联网设备数量还会呈现成倍增长，经预测20年后联网设备数量会增加至500亿～1 000亿，相比于4G网络所支持的设备数量，5G网络将会增长大约100倍，有可能会达到100万/km2以上[5]。对于一般用户来讲，5G移动通信用户用网速率可以提升至10 Mbit/s以上，对于比较特殊的用户用网速率可以进一步提升至100 Mbit/s。5G移动通信网络主要是为了向用户提供服务，因此应当注重用户体验的提升，与4G移动通信网络相比，5G移动通信网络的时延缩短了大概5～10倍，这在一定程度上明显提升了端对端服务的可靠性，尤其适用于关系到生命以及财产的特殊业务。5G用户规模以及业务量必然会逐渐增多，相应的也会增加流量的使用，在未来发展阶段应当对5G技术进行创新，以此来进一步提升频率的利用率，5G的平均频谱效率比4G网络提升了5～10倍，能够对用户大流量使用导致的频谱资源短缺问题进行有效改善。除此之外，在发展5G移动网络时，应当坚持绿色低碳和降低能耗的原则，同时借助节能设计对网络能耗效率进行提高，为用户1 000倍流量需求的实现提供保障。

4 5G移动通信的若干关键技术

4.1 高频段传输技术

现阶段，移动通信系统的频段基本上是在3 GHz以下，面对不断增加的用户量以及流量，频谱资源欠缺问题将会变得越来越严重。在高频段条件下，如果毫米波频率范围保持在28 GHz阶段时，能够使用64根天线以及波束赋形技术，最终可以将移动通信速度提升到2 km距离内1 Gbit/s。5G移动通信网络未来发展阶段也应当注重高频段传输技术的进一步提升，确保可以拥有足够的天线以及相关设备，对现阶段频谱资源短缺问题进行明显改善。高频段传输技术在具有一系列优点的同时，也存在一定的问题，比如传输距离比较短以及气候条件影响比较明显等，今后应当深入研究高频段传输技术的系统设计。

4.2 多天线传输技术

现阶段，5G移动通信网络比较重要的研究方向包括频谱利用率的提升。多天线传输技术的应用能够对用户之间的干扰进行有效降低，并且对无线信号所具有的覆盖性能进行明显改善。在今后的发展中，还应当对5G移动通信技术的节能环保性进行提升，同时满足网络覆盖率提升的要求。多天线技术也由原本的2D技术逐渐发展至3D技术，能够实现频谱效率的提升。在源技术引入的背景下，天线数量也逐渐增加到了128根，在3D-MIMO技术的支撑下，用户之间所存在的干扰被明显降低，无线信号的覆盖范围得到明显的改善。

4.3 同时同频全双工技术

同时同频全双工技术主要是指可以在同一时间以及同一频率条件下，实现双向通信的一种技术。在同时同频全双工技术的支撑下，5G移动通信网络频谱效率可以得到明显的提高，对原有频谱资源所存在的使用限制进行有效打破，同时也能够促进频谱资源应用灵活性的提升。同时同频全双工技术还应当具备干扰消除能力，对于传统的TDD和FDD双工技术所存在的技术缺陷进行有效改善，在理论层面将频谱效率成功提升大约1倍。不过，在实际情况下应用同时同频全双工技术通常具有较高的难度，因此今后应当加强此项技术的研究。

4.4 基于滤波器组的多载波技术

OFDM（orthogonal frequency division multiplexing）技术在频谱效率、对抗多径衰落、低实现复杂度方面均具有无法比拟的优势，因此其在不同种类的无线通信系统的应用迅速提升，譬如WiMaX系统以及LTE系统的下行链路都成功应用了OFDM技术。但是，OFDM技术在一些方面也具有一定的缺陷，在对抗多径衰落时必须要确保插入循环前缀，这样会在一定程度上浪费无线资源。OFDM技术对于载波频偏具有较明显的敏感性，同时其峰均比也比较高。OFDM技术要求各载波应当具有相同的带宽，并且还要求其保持同步状态，不同载波之间还需要始终保持正交，这对频谱使用的灵活性造成了巨大的限制。面对OFDM技术所存在的一系列问题，可以利用基于滤波器组的多载波技术（FBMC，filter-bank based multicarrier）进行解决。FBMC技术能够根据实际需要设计原型滤波器的冲击响应以及频率响应，对于载波之间是否处于同步状态也不再做严格的要求，可以将其应用至难以实现各用户之间严格同步的上行链路当中。OFDM系统频谱见图1。

图1 OFDM系统频谱

4.5 超密集异构网络技术

5G网络应当是5G、4G以及Wi-Fi等多种无线接入技术共存的网络体系，其中既要包括能够负责基础覆盖的宏站，还应当具有低功率小站等承担热点覆盖。5G网络体系中的数量巨大的低功率节点一部分是由运营商部署经过规划的宏节点低功率节点，但是大部分都是由用户部署没有经过规划的低功率节点，最终导致网络拓扑和特性变得越来越复杂。超密集异构网络技术的出现以及应用，在使网络密集化程度逐渐提高的同时，也促使网络节点与终端之间的距离变得更近，最终明显提升了网络系统的功率效率、频谱效率以及系统容量。不过，超密集异构网络虽然具有美好前景，但是在减少节点距离的同时也引发了一定问题。为了解决超密集异构网络中存在的一系列问题，应当充分利用与链路相同的频谱及对应的技术进行无线回传传输，进一步提升节点部署的灵活性以及相关部署成本的降低。密集网络技术可以为数据流量的1 000倍提升提供技术层面的支撑，利用此项技术将移动网络的数据流量集中于室内和热点地区，最终为移动网络用户使用性能的提升以及网络覆盖率的改善均提供保障，在减小小区之间干扰的同时对网络能效降低处理。

4.6 自组织网络技术

在采用复杂的无线传输技术以及无线网络架构的5G网络系统当中，网络管理的复杂程度会明显增加，为了满足5G网络性能的迫切需要应当进一步发展网络深度智能化，而自组织网络技术的重要性也在变得越来越突出。运营商面临着逐渐加剧的网络节点自动配置以及维护任务，因此为了支持网络节点即插即用的自配置性能，应当深入研究面向随机部署以及超密集网络情景的全新的自动邻区关系技术。运用大规模的MIMO无线传输技术能够进一步增加空间自由度，以此来增加天线选择、协作节点优化以及波束优化等灵活性的提升。

5 结语

综上所述，5G移动通信技术如今已经实现了商用，不过其仍旧处于较为初级的发展阶段，在今后应当进一步加强其研究，以此来满足不断增长的互联网业务需求，同时为用户业务体验的进一步提升提供保障。在进一步发展5G移动通信技术时，应当朝着增加数据流量、扩大联网设备数目、提高用户速率、提升可靠性以及降低网络耗能等方面发展。