5G主要关键技术探讨

王建军　张玉娟

摘 要：目前，移动通信的发展已经从第一代（1G）模拟通信、第二代（2G）数字通信发展到第三代（3G）准宽带移动通信和第四代（4G）移动通信系统，并取得了重大成绩。2013年由工信部牵头成立的IMT-2020（5G）推进组，将5G研究提上日程，其将进一步满足人们未来对移动数据传输性能的各种要求，也将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，该文介绍了未来5G可能涉及的多个关键技术，包括超密集组网、D2D、massive MIMO、新型多址、毫米波技术等。

关键词：5G 关键技术 网络 移动通信

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（c）-0066-02

第五代移动通信的设计框架涵盖愿景、场景、能力、设计理念、核心技术等多个方面，以“柔性、绿色、极速”为网络愿景。目标场景包括移动互联网、工业互联网和车联网等。为实现上述愿景和场景目标，从两个方面定义了5G能力：一是速率、时延、密度和移动性等性能指标，二是频谱效率、能效效率以及成本效率等效率指标。为了实现这些目标和能力，需要全面定义5G设计原则，涉及香农理论、蜂窝、信令控制、天线、频谱、协议和空口等。用户中心网络UCN和软件定义空口SDAI两个核心概念被明确作为5G系统解决方案的基础，这里UCN通过RAN架构和功能重定义，尝试提供一个拥有公共的高层协议的统一的无线接入架构，而SDAI通过空口不同功能模块的重定义，提供一个具备面向各种差异化业务和场景的定制能力的统一空口。UCN和SDAI中关键技术的性能将被评估和测试，并考虑频谱策略和测试测量技术，以验证5G解决方案是否能达到5G能力目标。

1 5G关键技术

1.1 超密集组网技术

超密集组网将是满足未来移动数据流量需求的主要技术手段。其能够解决5G中提出的无线数据速率提高1 000倍的问题，提高空间谱利用率及增强室内覆盖等问题。随着蜂窝小区覆盖面积的变小，最优站点的位置可能无法得到，同时小区进一步分裂难度增加，只能通过增加站点部署密集度来进行改善，超密集组网通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署，获得更高的频率复用效率，从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。其典型应用场景主要包括：办公室、密集住宅、密集街区、校园、大型集会、体育场、地铁、公寓等。随着小区部署密度的增加，超密集组网将面临许多新的技术挑战，如干扰、移动性、站址、传输资源以及部署成本等。为了满足典型应用场景的需求和技术挑战，实现易部署、易维护、用户体验轻快的轻型网络，接入和回传联合设计、干扰管理和抑制、小区虚拟化技术是超密集组网的重要研究方向。

目前，需要研究适应动态变化的网络动态部署技术、站点的密集部署将需要庞大而且复杂的回传网络，而如果采用有线回传网络，将会导致网络部署的困难和运营商成本的大幅度增加。因此，为了提高节点部署的灵活性，降低部署成本，利用和接入链路相同的频谱和技术进行无线回传传输，是解决这个问题的一个重要方向。无线回传方式中，无线资源不仅为终端服务，而且为节点提供中继服务，使无线回传组网技术非常复杂，因此，无线回传组网关键技术，包括组网方式、无线资源管理等是重要的研究内容。

1.2 D2D技术

随着科技的进步，用户终端的类型也越来越多，其支持的无线通信能力也随之增强，除2G、3G、4G之外，还可以通过Wi-Fi、bluetooth、LTE-D2D等技术来实现终端设备间的直接通信。此外，通过对上述通信技术的协同融合，还可衍生出更多新的应用场景来提升用户体验。

常见的应用场景包括车直接通信、终端间协作通信和数据共享网络等。其中，对于车直接通信：未来车联网不仅包括车与网络之间的远程通信，还包括车车、车路、车人（V2V， V2I，V2P，统称V2X）的频繁交互的短程通信。对于终端间协作通信：在未来无线通信中，不仅网络侧可以相互协作，终端之间也可以相互协作，通过临近终端之间的短距离技术连接，终端之间可以协作互助，互相中转数据。对于数据共享网络：在基站节点的协助下，终端可自发组织建立起互相之间可直接进行数据传输的自组织网络，来进行数据业务的共享。

1.3 massive MIMO技术

MIMO系统通过在发送端和接收端设置多个天线，形成MIMO通信链路。其可以在不增加带宽的情况下增加系统的传输性能。面对5G在传输速率和系统容量等方面的性能挑战，天线数目的进一步增加仍将是MIMO技术继续演进的重要方向。在实际应用中，通过大规模天线，基站可以在三维空间形成具有高空间分辨能力的高增益窄细波束，能够提供更灵活的空间复用能力，改善接收信号强度并更好地抑制用户间干扰，从而实现更高的系统容量和频谱效率。大规模天线技术的研究内容主要包括：应用场景与信道建模、传输与检测技术、信道状态信息测量与反馈技术、覆盖增强技术、资源管理技术等。

1.4 新型多址技术

未来移动通信中，移动互联网和物联网将成为未来移动通信发展的主要驱动力，5G不仅需要大幅度提升系统频谱效率，还需要具备支持海量设备连接的能力。此外，在簡化系统设计及信令流程方面也提出了很高的要求，这些都将对现有的正交多址技术形成严峻挑战。新型多址技术主要包括：SCMA，PDMA和MUSA，其通过多用户信息在相同资源上的叠加传输，在接收侧利用先进的接收算法分离多用户信息，以有效提升系统频谱效率，并增加系统的接入容量。

1.5 毫米波技术

毫米波频段一般为30～300 GHz，其具有波长短、频带宽、波束窄、保密性好、传输质量高、全天候通信等特点，可以有效解决高速宽带无线接入面临的许多问题，因而在短距离通信中有着广泛的应用前景。在频谱资源紧缺的情况下，采用毫米波通信能够有效提升通信容量。由于5G的超密集网络，基站间距可能不到200 m。而毫米波具有波束窄的特点，具有很强的抗干扰能力，加上空气对毫米波吸收的因素，可以有效减小对相邻基站间的干扰。

2 结语

5G（第五代移动通信技术）是面向2020年之后的新一代移动通信系统，随着通信技术的不断发展和我国LTE的正式商用，为了满足未来无线数据传输爆炸式的增长，面向未来提供更高速率、更好用户体验的下一代无线通信技术（5G）已经成为了通信业界关注的重点领域。我国应积极参与对5G通信技术的研究，持续推进5G重大专项，加快推进5G研发和商用进程，打造政、产、学、研信息共享平台，及时整合并发布5G相关领域国内外研发进展最新动态，引导国内相关企业、研发机构及高校在5G各自的优势领域集中发力，寻求5G关键技术的全面突破。

参考文献

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