浅谈5G移动通信技术

孙智博



浅谈5G移动通信技术

孙智博

中南大学信息科学与工程学院，湖南 长沙 410000

随着4G已经投入商用，但是日益增长的数据流量以及智能终端的普及，导致4G在容量、速率等方面，已经不能令人满意。所以5G应运而生。回顾移动通信近年来的发展历程，5G具有大容量、高速率、低时延的特点。5G采用的关键技术：大规模MIMO、毫米波通信、SDN、滤波器组多载波调制技术等。

5G；大规模MIMO；毫米波通信；SDN

1 发展背景

近几十年来，移动通信行业发展迅猛，从第一代移动通信发展到现在以OFDM核心技术为主的第四代移动通信，人们不断享受着科技进步给生活带来的精彩的同时，对5G更加期待。对于5G的需求，主要分为以下两个方面：网络需求和用户体验。从网络需求的角度来看，以下几点需求比较关键：（1）更大容量；（2）多网融合；（3）容易部署；（4）运营简单；（5）节约能源，提高效率。

用户需求是通信行业发展的推动力，从用户需求的角度来看：（1）更快的速度；（2）更低的时延；（3）更加大的覆盖范围；（4）更好的移动性。5G移动通信的出现，将会加快通讯行业与其他行业的融合，更好地提升用户体验，使人们可以无时不刻地使用无线设备来进行即时互动。这样，使得更加多的“物体”连入网络，整个社会更加智能化，推动社会发展。

2 主要技术

（1）大规模MIMO。大规模MIMO通过在基站收发信机上使用超过64根天线，以此实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。这种方式从根本上改变了现有标准的基站收发信机架构。由于通过的天线单元进行通信，大规模MIMO可以通过预编码技术集将能量集中到目标移动终端上，从而降低了辐射功率。[1]

（2）毫米波通信。由于当今通信所用的频谱资源十分短缺，但是毫米波频段（3GHz～60GHz）资源很丰富，还未被充分利用，并且随着基站天线数目越来越多，密度越来越大，为了在有限空间内部署更加多的天线，只能减短天线长度，所以通信的波长也不能太长，所以毫米波切合需求。

（3）软件定义网络SDN。该技术主要是将控制与转发分离，只需要在网络硬件设备的底层进行转发，在上层进行控制，进而将整个网络都实现可编程化。[2]

（4）基于滤波器组多载波调制技术。这一技术常见的有FBMC/UF-OFDM/GFDM/BFDM等。其实都是OFDM（正交频分复用）的改进，而OFDM技术虽好，但也存在频谱旁瓣高、对同步性要求高的缺点。且随着物联网、机器与机器间通信的普及，通信会对异步要求越来越高。基于这些，上述新型多载波技术的发展也是相当必要的。

（5）致密组网和异构网络。该技术是为了适应不断增大的小区密度，从而增大系统容量、频谱复用率等。满足更多的用户需求，提升用户体验。

（6）认知无线电。在不改变现有频谱分配的情况下，为了在有限的频谱内提供频谱动态接入的机制，进而提供更为高效的频谱利用率，我们引入频谱共享技术。目前，发展最为迅速的频谱共享技术就是认知无线电技术。它具有灵活、智能、可重配置等优良特性，通过感知外界环境特点，并从环境中不断学习，有目的地实时改变一些操作参数，从而可以实现任何时间、任何地点的高可靠性通信以及对有限的无线频谱资源进行高效利用。认知无线电的主要思想就是通过频谱感知和系统的智能学习能力，从而实现动态利用频谱和频谱分享。认知无线电中，次级用户通过动态地搜索频谱空穴进行通信，这种技术称为动态频谱接入。当主用户已经占用某个授权频段时，次级用户必须立刻从该频段退出，去搜索其他空闲频段完成自己的通信。

3 难点技术

个人认为大规模MIMO和基于滤波器组的多载波比较难实现。大规模MIMO带来的好处是：（1）空间分辨率与现有MIMO 相比显著增强，使得网络中的多个用户可以在同时在同一个频率资源上与基站同时进行通信，从而提高信道容量；（2）大规模 MIMO 可将无线电集中在很窄的范围内，从而大幅度降低干扰。（3）可大幅降低发射功率，从而提高功率效率。（4）当天线数量足够大时，最简单的线性预编码和线性检测器趋于最优状态，并且噪声和不相关干扰都可忽略不计。但是也存在以下难点：（1）如何给信道合理建模。LTE研究中常用模型需要修正。而成熟的信道模型是要经过大量的外场实测得出一些参数，然后用于计算机仿真。（2）空分多址方案。就是如何对一个大维矩阵在某个域内稀疏化，从而挖掘空间资源。（3）信道参数估计。上下行链路的数据传输需要对信道参数进行估计，天线数目过多，需要估计的量也会过多，导致开销过大。

基于滤波器组多载波调制技术正是为了代替OFDM。OFDM的以下缺点使其难以满足新场景下的需求：第一，各子载波之间必须同步以保持正交性，在小区存在很多传感节点时，高要求的同步的代价将很难做到；第二，OFDM采用方波作为基带波形，载波旁瓣较大，难以利用碎片频段。所以，基于滤波器组多载波调制技术就是要解决OFDM的缺陷之处，但是替代OFDM谈何容易。

[1]秦飞，康绍丽.融合、演进与创新的5G技术路线[J].电信网技术，2013（9）：10.

[2]王佩，陈金鹰，喻恒彦.5G进展与关键技术分析[J].通信与信息技术，2015（6）：57-58.

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1009-6434（2016）04-0080-01