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摘要：在科技的推动下，通信技术发展迅速，在社会各个领域都发挥作用。在4G技术的应用下，整个社会发生巨大变化，但是，在随着技术的不断提升，加之人们对通信技术要求的提升，4G技术需要与时俱进，不断提升相关通信要求，寻求技术上的突破。在未来，5G技术成为发展方向，实现了对4G技术的提升。本文全面分析和探讨了5G关键技术面临的挑战和发展趋势。
关键词：5G移动通信；发展趋势；关键技术；发展趋势
前言：第5代移动通信系统(5G)是面向2020年之后的新一代移动通信系统，其技术发展尚处于探索阶段。结合国内外移动通信发展的最新趋势，本文对5G移动通信发展的基本需求、技术特点与可能发展途径进行了展望，并分无线传输和无线网络两个部分，重点论述了富有发展前景的7项5G移动通信关键技术，包括大规模天线阵列、基于滤波器组的多载波技术、全双工复用、超密集网络、自组织网络、软件定义网络及内容分发网络。
一、现阶段5G技术发展特点
（1）5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验，网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标。
（2）与传统的移动通信系统理念不同，5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码等经典技术作为核心目标，而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点，力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高.
（3）室内移动通信业务已占据应用的主导地位，5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统优先设计目标，从而改变传统移动通信系统“以大范围覆盖为主、兼顾室内”的设计理念。
（4）高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信系统，但由于受到高频段无线电波穿透能力的限制，无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用。
（5）可“软”配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向，运营商可根据业务流量的动态变化实时调整网络资源，有效地降低网络运营的成本和能源的消耗.本文第2节分为5G无线传输和无线网络两个部分，对5G移动通信若干关键技术的现状与未来发展进行了评述，内容涉及大规模多输入多输出(MassiveMIMO)、基于滤波器组的多载波技术、全双工等无线传输与多址技术，以及超密集异构网络、自组织网络、软件定义网络及内容分发网络等无线网络及组网关键技术;第3节简述了我国5G移动通信近期的推进计划、研发活动及发展目标。
二、5G移动通信无线传输技术
2.1大规模的MIMO技术
MIMO技术其实在5G之前的通信系统中已经得到了一些应用，可以说它是一种作为提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段。但因天线占据空间问题、实现复杂度大等一系列条件的制约，导致现有MIMO技术应用中的收发装置所配置的天线数量偏少。但在MassiveMIMO中，将会对基站配置数目相当大的天线，将把现阶段的天线数量提升一到两个数量级。它所带来的巨大的容量和可靠性吸引了大量通信研究人员的眼球，彰显了该技术的优越性。多天线技术是提高通信系统频谱效率和传输速率、可靠性的有效手段，已经充分应用到各种无线通信系统中。比如：3G、WLAN等。根据信息理论，天线数量的多少和频谱效率和可靠性有着密切的联系。在大规模MIMO中，基站需要配置数量庞大的天线，这些天线集中地配置在一个基站上。其优势在于： 1）较于以往的多入多出系统，MassiveMIMO可以加大对空间维度资源的利用，为系统提供更多的空间自由度。2）因其系统架构的优越性，可以做到降干扰、提升功率效率等。 同时它也存在着一系列问题：1）因缺乏大量理论建模、实测建模方面工作的支撑，当前没有认可度较高的信道模型。2）在获取信道信息时的开销要依靠信道互易性来降低，但是当前的假定方案中使用比较多的是TDD系统，且用户均为单天线，与基站天线数量相比明显不足，当用户数量增加时则会致使导频数量线性增加，冗余数据剧增。3）当前MassiveMIMO面对的瓶颈问题主要是导频污染。 MassiveMIMO在5G移动通信中的应用可以说是被寄予厚望，它将是5G区别以往移动通信的主要核心技术之一。
2.2基于滤波器组的多载波技术
在5G系统中，基于滤波器组的多载波技术可以解决频谱效率、对抗多径衰落等方面的问题。FBMC技术是5G系统多载波方案的重要方式。因为在FBMC技术中，多载波性能取决于原型滤波器的设计和调制滤波器的设计，为满足特定的频率响应的特性的要求，需要原型滤波器的长度大于子信道的数量，实现复杂难度高，不利于硬件的效用实现。因而，发展和5G要求的滤波器组的快速实现算法是FNMC技术的重要内容。
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2.3全双工技术
全双工通信技术即同时同频的进行双向通信技术。在无线通信系统中，网络侧和终端侧有着固有的发射和接收信号的自干扰，当前因技术条件限制，无法实现同时同频的双向通信。同样，在全双工无线传输技术的应用上也有很多阻力因素：同频、同时段的传输，在接收端和发射端的直接功率差异是非常大的，会产生严重自干扰。而且全双工技术在同其他5G技术融合利用时，特别是在MassiveMIMO条件下的性能差异现在还缺乏深入的理论分析。全双技术在理论上课提高频谱利用率的一倍潜力，可以实现更为了灵活的频谱使用，同时因为器件技术和信号处理技术的发展，同时同频的全双工技术将在5G移动通信系统中得到充分的挖掘和应用。
三、正确分析5G关键技术面临的挑战
对于5G技术的发展所面临的挑战，为了更好地进行分析其发展，需要重视其系统的基本要求。
3.1对数据速率的要求对于5G技术，其得以发展的主要驱动力即为移动数据流量的巨大规模，近乎爆炸。针对数据的速率，采取多种方式进行测量，以便考察其是否达到5G技术要求与目标。首先，对于聚合数据速率而言，其主要是指网络所能够提供的数据服务总量，5G的要求是能够在4G的基础上，达到1000x5G的指标。
3.2延迟方面面临的挑战目前，4G网络下，往返需要15ms。同时，在1ms子帧时间范围内，能够进行相对合理的资源分配，保证接入的及时性。这种延迟效果对目前大部分服务项目而言是足够的，但是，在5G应用领域中，需要将双向游戏纳入其中，尤其是需要考虑云技术的应用。因此，5G需要能够支持1ms的往返延迟，相比4G而言，相当于提升了一个数量层级。因此，在这种要求下，要对子帧结构进行有效缩减，这种时间上提升与约束对于协议栈和核心网络层设意义重大。
3.3在能源与成本方面的要求在由4G向5G发展的过程中，一个重要的因素就是需要成本和能耗进行相应的减少，至少不允许出现链路基础上的增加。鉴于链路数据速率的增加，需要在成本上得到相应的降低。在5G技术中，关于成本的考虑，需要从网络边缘发展到核心回程，鉴于全新BS密度和增加的宽带，5G对于成本的考量将更加严谨。
3.4对设备类型和规模数量的要求在5G技术的应用下，需要规模更加庞大的设备集合，凸显多样性。在发展中，机器对机器通信预期增长，单个宏小区需要支持更多低速率设备，甚至涉及传统的高速率用户，因袭，需要对4G控制平面、网络管理进行改变。
四、对5G关键技术应对策略与发展趋势的探讨
4.1借助MIMO技术提升数据速率对于这种方式，首先，可以采取极度致密化和卸载的方式，实现区域内光谱速率的提升，也就是说，在单位面积上，增加活动节点。其次，合理增加带宽。采取移动方式，抑或是将毫米波频谱移入其中，另外，也可以更换地发挥Wi-Fi的作用，对其未授权的频谱频段，即5GHz进行更好地利用。再次，发挥MIMO技术的优势，切实提高频谱效率，以期实现单位节点更多比特/s/Hz。
4.2发展超密度网络容量对于网络容量，最为有效和直接的增量办法是促使小区更小，这种方法被不断证明。随着科技的不断发展，小区大小控制在数百平方公里的数量等级，同时，规模和尺寸都在不断缩小，目前，在城市地区，能够达到一平方公里。网络的迅速发展，包括嵌套的小小区，微微小区、毫微微小区以及分布式天线系统容量和覆盖观点，但是，需要中心站点能够完成所有基带处理，同时，实现小区ID的共享。小区缩小的优势十分明显，能够满足跨地域频谱的应用，同时，降低竞争位置用户的数量。
4.3积极构建新型网络构架在未来5G通信技术发展中，应用的主要接入网架构为C-RAN，融入集中化处理、协作无线电以及实时云计算，呈现绿色无线接入网构架的特征，主要发挥低成本高速光传输网络的优势，在远端天线和集中化中心点进行信号的传递，实现更大范围基站的覆盖。这种架构应用协同技术，能够实现干扰和功耗的有效降低，频谱效率得以提升，能够实现对智能化组网的动态跟踪，达到基站处理的目的，有效降低运营成本，便于维护。 结束语
按照移动通信的发展规律，5G技术将在2020年之后实现商用，其基本发展目标是满足未来移动互联网业务飞速增长的需求，并为用户带来新的业务体验。5G技术的研究尚处于初期阶段，今后几年将是确定其技术需求、关键指标和使能技术的关键时期。G移动通信系统容量的提升将从频谱效率的进一步提高、网络结构的变革和新型频谱资源开发与利用技术等途径加以实现，将派生出一系列新的无线移动通信核心支撑关键技术。
参考文献：
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论文作者:柳,青
论文发表刊物:《防护工程》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/16
标签：技术论文; 移动通信论文; 频谱论文; 天线论文; 网络论文; 关键技术论文; 速率论文; 《防护工程》2017年第31期论文;