无线通信技术热点及趋势展望

杨萍基

（广西区工信委北海市无线电管理处 广西北海 536000）

无线通信技术热点及趋势展望

杨萍基

（广西区工信委北海市无线电管理处 广西北海 536000）

全球无线通信自20世纪80年代初商用以来已经经历了4代的发展，随着经济社会的不断发展，移动通信技术已经在人类的生活中已经变得必不可少，对我们的经济、政治和文化产生深远的影响。本文介绍了正在商用的主流无线通信技术，着重介绍了4GLTE的技术特点和发展现状，并对5G通信技术进行了介绍和展望。

4G移动通信技术；5G移动通信技术；趋势

无线通信自20世纪80年代初开始商用以来，经历的第一代模拟移动通信、第二代数字移动通信、第三代数字多媒体移动通信技术的迅猛发展，现在已经全面进入了第4代宽带数据移动互联网通信技术时代。随着经济社会的不断发展，移动通信技术已经在人类的生活中已经变得必不可少，成为了社会经济、生产、生活的组成部分。截止2015年4月9日，全球LTE商用网络已经达到393张，覆盖了128个国家，4G LTE用户达到5亿，全球移动通信普及率达到96.8%。这些数据清晰表明，移动通信成为用户量最大、使用最广泛的通信手段，庞大的用户需求使得移动通信热点前沿技术层出不穷，显示出百家齐放的生命力。

1 主流无线通信技术热点

1.1 4G

4G移动通信技术是未来5年内无线电通信技术的主流，他的主要特点是：带宽达到100MHz，网络速率理论可以达到1Gbps，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，相比3G具有高速和高抗干扰能力、更好的兼容性。4G已经广泛应用于无线通信、定位定时、数据采集、远程控制等领域，极大地提升了信息传输的速度和数据传输效率。

1.2 5G

5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统，ITU给5G定义了三个主要应用场景：①移动宽带；②大规模机器（M2M）通信；③高可靠低延时通信。根据移动通信每10年经历一次标志性的技术革新规律及ITU在2015年给出的5G（IMT2020）标准化时间表可以看出5G将提供光纤般的移动互联体验，静止或低速下峰值速率达到20Gbps，网络时延从4G的50ms降至1ms，海量传感设备、机器连接（1000亿量级的连接），低功耗（基站、终端更节能），其无线覆盖、系统安全和用户体验也将有质的提高，可以说5G将把人类社会带入万物互联（IOE：Internet of Everything）时代。

1.3 Wifi

Wi-Fi全称为wireless fidelity，在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。主要采用了MIMO和OFDM技术。目前使用最多的是802.11n标准，在2.4GHz频段理论数据速率可以达到600Mbps，覆盖范围在100～300m。

1.4 Wimax

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access），即全球微波互联接入。WiMAX也叫802.16无线城域网。WiMAX是一项宽带无线接入技术，可以提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMAX采用的技术起点较高，包含了OFDM/OFDMA、MIMO等先进技术。但是因为其存在无法满足大于50km/H速度下的无线连接等缺点，目前已经逐步被4G LTE取代。

2 4G的关键技术及面临的挑战

2.1 4G的关键技术

（1）OFDM（正交频分复用）技术是将信道分成若干正交子信道，将高数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。具有频谱利用率高、抗衰落能力强、抗码间干扰能力强的的优点。

（2）SDR（软件无线电技术）软件无线电利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信技术。他的重要价值在于：传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。

（3）IPV6技术

IPV6是IETF（互联网工程任务组）设计用于替代IPV4的新一代IP协议。IPV6具有庞大的网络地址空间（约为2的128次方-1个），其相对IPV4有以下优点：更小的路由表、增强的组播、支持自动配置、具有更高的安全性。

（4）MIMO/SA（多输入多输出/智能天线）技术

MIMO技术通过多天线提供不同的传输能力，提供空间复用的增益，这两种技术在LTE以及后续演进系统中是非常重要的技术。MIMO系统在基站和移动端均采用多天线（或阵列天线），充分利用了空间传播的多径分量，在同一频带内使用多个子信道发射数据信号，使信道容量随天线数量而增加，从而快速实现了更大的信道容量和更高的频谱利用率。SA（智能天线）利用数字信号处理技术和信号传输的空间特性，通过调整各天线阵元上发送信号的权值，产生定向波束，将信号导向客户端方向，使天线的主波束自适应地跟踪用户主信号到达方向，旁瓣则对准干扰信号方向，达到高效利用用户端信号并抑制干扰信号的目的。

2.2 4G面临的挑战

4G推动了智能手机电子产品的繁荣发展，经过大规模的应用，也面临了来之技术、运营商和用户的挑战。

①技术层面各种新移动业务层出不穷，云服务、云操作、物联网、智能设备远程控制、高清视频、网络交互游戏等对网络速率的要求越来越高，4G网络50ms的延时已经显得力不从心。②OTT业务的繁荣对运营商的业务收入造成的重大影响，同时OTT因其工作原理，还产生了大量的网络信令，导致运营商网络时常瘫痪。③用户层面随着智能终端、云计算、M2M终端、物联网的不断创新，用户对网络的速率、时延及接入能力的要求也越来越高。以上这些网络应用都对4G的高速、可靠、低延迟、安全性等业务支撑能力提出了新的挑战。

3 5G通信技术及前景展望

3.1 5G技术前瞻

3.1.1 SDN（软件定义网络）

在互联网/移动互联网瞬息万变的业务环境下，网络的高稳定与高性能的重要性已经不是排在了第一位，灵活性和敏捷性反而更为关键。2007年斯坦福大学提出了SDN（软件定义网络）概念，其原理是将路由器、交换机的控制功能从设备中独立出来，无须依赖底层网络设备（路由器、交换机），从而在根本上屏蔽了来自网络硬件设备的差异，集中由控制器来进行控制，实现控制、硬件转发分离。而控制权是完全开放的，用户可以自定义任何想实现的路由和传输策略，从而更加灵活。

3.1.2 NFV（网络功能虚拟化）

NFV（网络功能虚拟化）其核心的管理和编排功能层基于实现软硬件解耦的网络功能虚拟化技术，实现了资源的充分共享和网络功能的按需编排，进一步提高了网络的可编程性和扩展性。使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享和新业务快速开发、部署，并基于实际业务需求进行自动部署和故障隔离等。NFV的最终目标是，通过基于行业的标准服务器、存储和交换设备，来取代通信的专业设备。由此带来的好处是设备成本更加低廉，另一方面开放的API接口，也能帮助运营商获得更多的网络能力。

3.1.3 Massive MIMO

Massive MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）大规模多输入输出技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，通过空间复用技术，从而提升通信系统的频谱效率。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，成倍的提高系统信道容量，他被视为5G移动通信的核心技术。

3.2 5G前景展望

虽然目前5G在频谱、技术业务融合、能耗标准化和产业化方面还面临巨大挑战，但在全球的努力推动下，5G系统的基本特征已经初步形成，中国、欧洲、美国、日本和韩国都已将5G上升为国家战略，并成立了相应的科研机构和发布了各自的5G愿景、需求白皮书，并且一些已经主要观点已经达成高度共识。

5G将会导致整个通信业的巨大变革，很快就会渗透到我们社会生活的方方面面，同时还会对我们的经济、政治和文化产生深远的影响。

4 结束语

按照ITU 5G愿景和标准化时间表及移动通信发展的规律，2020年后将是5G的时代，5G是移动通信一次革命性创新，5G将以可持续发展的方式，满足未来超千倍的移动数据增长需求，将为用户提供光纤般的接入速率，低时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，并为网络带来百倍的能效提升。本文综述了目前主流无线通信模式的关键技术及5G发展背景，并对应用场景、需求及关键技术等做了具体分析。

[1]小火车，好多鱼.大话5G[M].电子工业出版社，2016.

[2]Jonathan Rodriguez.Fundamentals of 5G mobilen etworks[M].电子工业出版社，2016.

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[4]黄静，朱欣远.4G移动通信关键技术及其展望探究[J].中国新通信，2014，03.

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1004-7344（2016）13-0273-02

2016-4-18