孫焱 趙璐

關(guān)鍵詞：5G移動通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀;關(guān)鍵技術(shù);發(fā)展趨勢

一、發(fā)展歷程

第一代移動通信系統(tǒng)為模擬通信系統(tǒng)，傳輸語音信號，采用蜂窩結(jié)構(gòu)，頻帶在相隔一定距離的蜂窩上可重復(fù)使用;系統(tǒng)抗干擾能力差，頻率復(fù)用有限，無法長途漫游，為區(qū)域移動通信系統(tǒng)。

第二代移動通信系統(tǒng)采用數(shù)字時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)、碼分多址（CDMA）技術(shù);承載數(shù)字化語音業(yè)務(wù)及低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);話音質(zhì)量、保密性均有提高;可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動漫游;2G代表：GSM和IS-95。

第三代移動通信系統(tǒng)帶寬更寬，傳輸速度最低為384K，最高為2M，頻帶可達(dá)5MHz;承載語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，提供無線應(yīng)用、高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù);主流3G標(biāo)準(zhǔn)：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。

第四代移動通信系統(tǒng)為寬帶接入和分布式網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱超過2 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，對全速移動用戶提供150 Mb/s的高質(zhì)量影像服務(wù)，實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸;用戶可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn);寬帶無線局域網(wǎng)與B-ISDN和ATM兼容。

二、5G概念

第五代移動通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，簡稱5G）是具有高速率、低時(shí)延的新一代移動通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

國際電信聯(lián)盟（ITU）定義了5G的三大類應(yīng)用場景，即增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）和海量機(jī)器類通信（mMTC）。增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）主要面向移動互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長，為移動互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的應(yīng)用體驗(yàn);超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）主要面向工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動駕駛等對時(shí)延和可靠性具有極高要求的行業(yè)應(yīng)用需求;海量機(jī)器類通信（mMTC）主要面向智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用需求。

三、5G特點(diǎn)

1.峰值速率需要達(dá)到10-20Gbit/s，以滿足高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸。

2.空中接口時(shí)延低至1ms，滿足自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)時(shí)應(yīng)用。

3.具備100萬連接/平方公里的設(shè)備連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。

4.頻譜效率要比LTE提升3倍以上。

5.連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbit/s。

6.流量密度達(dá)到10Mbps/m2以上。

7.支持500km/h的高速移動。

四、5G關(guān)鍵技術(shù)

5G國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)滿足靈活多樣的物聯(lián)網(wǎng)需要。在頻段方面， 5G同時(shí)支持中低頻和高頻頻段，中低頻滿足覆蓋和容量需求，支持百M(fèi)Hz的基礎(chǔ)帶寬。為了支持高速率傳輸和更優(yōu)覆蓋，采用LDPC、Polar新型信道編碼方案、性能更強(qiáng)的大規(guī)模天線技術(shù)等。

（一）大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)為5G網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號通過多個(gè)天線進(jìn)行傳送和接收。在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的前提下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道的容量，提高了移動通信的傳輸效率。

（二）全雙工技術(shù)

全雙工技術(shù)主要指的是實(shí)現(xiàn)同時(shí)、同頻進(jìn)行雙向通信的技術(shù)。全雙工技術(shù)可以在發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備采取點(diǎn)到點(diǎn)的連接，這就意味著在全雙工的傳送方式下降低無線資源消耗，靈活運(yùn)用頻譜，提高了5G移動通信的傳輸效率和傳輸速度。

（三）超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動通信正朝著多元化的方向發(fā)展，隨著移動數(shù)據(jù)流量呈爆炸式的增長，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將會成為5G移動通信提高數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)可以有效縮短節(jié)點(diǎn)與終端的距離，使網(wǎng)絡(luò)的功率和頻譜大幅度的提高，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。

（四）高頻段使用技術(shù)

對于移動通信技術(shù)而言，3G以下的頻率可以很好的支持移動移動性，具有良好的覆蓋效果，但目前這一段頻譜資源十分匱乏，而3G以上頻譜資源十分豐富，有效的利用這一區(qū)間的頻率，將極大的緩解頻譜資源緊張的問題。

（五）多載波技術(shù)

由于現(xiàn)階段的OFDM技術(shù)在大范圍空白頻譜方面的能力還比較弱，所以就對移動通信的傳輸速率造成了一定的限制，多載波技術(shù)在發(fā)送端采用合成濾波器來調(diào)制多載波，接受端采用分析濾波器來調(diào)制多載波，有效的控制載波間的相互干擾，提升了抗干擾性。

五、5G發(fā)展現(xiàn)狀

5G已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)吞吐率、網(wǎng)絡(luò)資源利用率、頻譜資源、智能化方面顯示了其巨大的優(yōu)勢。如，在智能家居方面，由于5G網(wǎng)絡(luò)的普遍應(yīng)用，可以將手機(jī)、所有家電進(jìn)行可控制性的互聯(lián)，并營造出4G時(shí)代不曾有的虛擬觀看，使用戶直接在手機(jī)上看到立體畫面外投的家居情況。

六、展望6G

5G實(shí)現(xiàn)了高速率、低功耗、低時(shí)延;而6G的下載速度比5G還要快百倍，6G可將網(wǎng)絡(luò)延遲從毫秒減少到微妙。6G除了要進(jìn)行頻段升級外，還可以實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)集成、網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化等需求。

七、結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了移動通信的發(fā)展階段，從基本概念、主要特點(diǎn)、核心技術(shù)等方面全面介紹了5G;闡明了5G具有的關(guān)鍵技術(shù)及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，并展望了6G。

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作者簡介：孫焱（1979.7.8），男，漢族，吉林省吉林市，研究生，高級工程師，通信及計(jì)算機(jī)技術(shù).