5G技术及其主要特点

刘仲朋



5G技术及其主要特点

刘仲朋

成都军通通信股份有限公司，四川 成都 610041

为提升用户体验及实现面向物联网的大连接、低延时、高带宽的应用，5G技术从标准到产品都在推进。5G技术将带来更大的系统容量、更高的数据率、更低的延迟率、更高的稳定性及更低的功耗。5G具备连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠性等特性。5G将改变社会。

毫米波；小基站；Massive MIMO

5G技术涵盖从低速到高速（0.1～1 Gbps）用户体验速率、高密度连接数（100万/km2）、移动性（500 km/h）、毫秒级数据时延及最高峰值速率达10 Gbps。

1 5G主要技术

1.1 毫米波

随着无线设备的增加，频谱资源稀缺突出，致使在极其狭窄的频谱上共享有限的带宽，影响了用户的感知。5G系统使用毫米波（24.75～300 GHz）提升速率，以28 GHz频段为例，可用频谱带宽达到1 GHz，60 GHz频段每个信道的可用信号带宽为2 GHz。由于毫米波的自由空间路损更大、气衰、雨衰等特性都不如低频段，所以毫米波缺点穿透力差、衰减大，毫米波的覆盖将受到严重的影响。

1.2 小基站

毫米波穿透力差衰减大，毫米波频率高、波长短，其天线尺寸可以做得很小，这是小基站的基础。未来5G通信将不再依赖大型基站，小型基站成为趋势。可以在250 m左右部署一个小基站，在每个城市部署数千个小基站形成密集网络。每个基站可以从其它基站接收信号并向任何位置的用户发送数据。

1.3 Massive MIMO

Massive MIMO就是在基站收发信机上使用上百根阵列天线（如64/128/256等）实现更大的无线数据流量和连接可靠性。通过不同的维度（空域、时域、频域、极化域等）提升频谱和能量的利用效率；3D赋形和信道预估技术可以自适应地调整各天线阵子的相位和功率，提高系统的波束指向准确性，将信号强度集中于特定指向区域和特定用户群，改善网络的覆盖能力，降低无线网络能耗，网络的容量提升数十倍或更大。在增强用户信号的同时降低小区内自干扰、邻区干扰，是提升用户信号载干比的绝佳技术[1]。

1.4 波束成形

Massive MIMO技术每个天线阵列集成上百条天线，有效控制这些天线，每个电磁波的空间互相抵消或者增强，形成一个很窄的波束，不是全向发射，有限的能量都集中在特定方向上进行传输，传输距离更远，同时避免了信号的干扰。这种将无线信号（电磁波）按特定方向传播的技术叫做波束成形（beam forming）。同时提升频谱利用率和从多个天线发送更多信息；通

过信号处理算法来计算信号的传输的最佳路径，形成最终移动终端的位置。

1.5 全双工

全双工技术是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信两端在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，这就是5G所需的高吞吐量和低延迟的关键技术。全双工技术是指在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，全双工技术突破了频谱资源使用限制，使系统可用频谱资源提高1倍。

2 5G主要特点

从用户体验看，5G具有更高的速率、更宽的带宽；从行业应用看，5G具有更高的可靠性、更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展；从发展态势看，5G目前还处于技术标准的研究阶段。5G主要以下特点：

2.1 UDN

在5G网络中，减小小区半径，增加低功率节点数量，保证5G网络1 000倍流量增长。超密集网络成为5G网络提高数据流量的关键。密集部署的网络拉近终端与节点间的距离，网络的功率和频谱效率大幅提高，扩大网络覆盖范围和系统容量，增强业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性[2]。

2.2 SON

自配置实现即插即用，具有低成本、安装简易等优点。自优化减少业务工作量，提升网络质量和性能。自愈合能自动检测问题、定位问题和排除故障，减少维护成本，避免网络质量和用户体验的影响。自规划动态进行网络规划并执行，满足系统的容量扩展、业务监测或优化结果等需求。SON技术优势体现在网络效率和维护方面，减少运营商的资本性支出和运营成本投入。SON技术都是从各自网络的角度出发，自部署、自配置、自优化和自愈合等操作具有独立性和封闭性，在多网络之间缺乏协作。

2.3 CDN

CDN对5G网络的容量与用户具有重要的支撑作用。CDN系统考虑各节点连接状态、负载情况以及用户距离等信息，内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上，实现用户就近获取所需的信息，使得网络拥塞状况得以缓解，缩短响应时间，提高响应速度。CDN网络架构在用户侧与源Server之间构建多个CDN代理Server，降低延迟、提高QoS（Quality of Service）。

2.4 D2D

D2D具有提升系统性能、增强用户体验、减轻基站压力、提高频谱利用率的前景。D2D通信是近距离数据直接传输技术。D2D会话的数据直接在终端之间进行传输，不需要通过基站转发。蜂窝网络引入D2D通信，减轻基站负担，降低端到端的传输时延，提升频谱效率，降低终端发射功率。

2.5 M2M

M2M为物联网在现阶段的应用形式，在智能电网、安全监测、城市信息化、环境监测等领域实现应用。M2M主要是指机器对机器、人与机器间以及移动网络和机器之间的通信，涵盖所有人、机器、系统之间通信的技术。智能化、交互式是M2M有别于其它应用的典型特征，机器被赋予更多的“智慧”。

2.6 ICN

ICN实时媒体流、网页服务、多媒体通信等。ICN是信息的分发、查找和传递，不再是维护目标主机的可连通性。ICN以信息为中心的网络通信模型，全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、路由缓存信息数据、多播传递信息等功能，解决网络中存在的扩展性、实时性以及动态性等问题。ICN具有高效性、高安全性支持客户端移动等优势。

2.7 SDN/NFV

基于SDN（软件定义网络）和NFV（网络协能虚拟化）实现5G网络软件化。SDN/NFV一种新型的网络架构与构建技术，控制与数据分离、软件化、虚拟化思想以及网络的虚拟化。SDN架构特点开放性、灵活性和可编程性。SDN使整个基础设施简化，降低了运营成本，提升了效率。SDN/NFV在技术、产业链等方面存在很多挑战，不断完善和推进，承受来市场的检验。

5G网络不仅承载人与人之间的通信，而且承载人与物之间及物与物之间的通信，支撑大量终端个性化、定制化的应用成为常态。5G网络能够主动、智能、及时向用户传送所需的信息。

[1]余兆明，余智，张丽媛.手机电视技术[M].西安：西安电子科技大学，2011.

[2]董利，陈金鹰.第五代移动通信初探[C]//四川省通信学会2012年学术年会论文集，2012.

5G Technology and Its main features

Liu Zhongpeng

Chengdu Juntong Communications Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610041

In order to enhance the user experience and application oriented networking connection, low latency and high bandwidth, 5G technology from standard to products are advancing. 5G technology will bring greater system capacity, higher data rate, lower latency, higher stability and lower rate of power consumption. 5G has the characteristics of continuous wide area coverage, hot spot and high capacity, low power consumption and large connection, low delay and high reliability. 5G will change society.

millimeter wave; small base station; Massive MIMO

TN929.5

A

1009-6434（2017）9-0015-02