摘要：笔者主要从5G 移动通信若干关键技术等几方面概述了本文主题，旨在与同行共同探讨学习。
关键词：5G 移动通信；关键技术；发展趋势
信息与互联网技术的快速发展，提高了无线移动通信的网络速度。在新型智能领域的不断发展中，需要有高智能、高效率的移动通信技术作为该智能领域的发展基础。目前，我国的 4G 移动通信网络被广泛普及，而 5G 移动通信开始走入了初级研发阶段。5G 移动通信的发展，主要原因是为了实现全球智能终端的普及，并让移动互联网络能够迅速发展。笔者在文章中对 5G 移动通信的发展趋势和相关的技术要点进行了深入探讨。
一、5G基本概念
第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，外语缩写：5G。也是4G之后的延伸，正在研究中，网速可达5M/S - 6M/S .
诺基亚与加拿大运营商Bell Canada合作，完成加拿大首次5G网络技术的测试。测试中使用了73GHz范围内频谱，数据传输速率为加拿大现有4G网络的6倍。鉴于两者的合作，外界分析加拿大很有可能将在5年内启动5G网络的全面部署。
由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快速发展，其对网络速度有着更高的要求，这无疑成为推动5G网络发展的重要因素。因此无论是加拿大政府还是全球各地，均在大力推进5G网络，以迎接下一波科技浪潮。不过，从目前情况来看5G网络离商用预计还需3到4年时间。
二、5G 移动通信若干关键技术
自2015 年ITU 确定了有关5G 的发展目标后，关于确立5G 标准的研究也随之提上日程，2016 年，5G将有望实现全球统一标准，然而现阶段的标准制定则急需确定如何解决低频与高频、移动宽带与物联网应用的标准工作优先级这两大关键问题。下面则介绍几个有关于5G 通信网络的关键技术，包括大规模MIMO 技术、毫米波通信技术以及D2D 通信技术。
1.无线传输技术
（1）超密集异构网络技术
未来 5G 网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及，面向 2020 年及以后，移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来 5G 网络中， 减小小区半径， 增加低功率节点数量，是保证未来 5G 网络支持1 000 倍流量增长的核心技术之一。因此，超密集异构网络成为未来 5G 网络提高数据流量的关键技术。
未来无线网络将部署超过现有站点 10 倍以上的各种无线节点，在宏站覆盖区内，站点间距离将保持 10 m 以内，并且支持在每 1 km2 范围内为 25 000个用户提供服务。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到 1∶ 1的现象， 即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。虽然超密集异构网络架构在 5G 中有很大的发展前景，但是节点间距离的减少，越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂，从而容易出现与现有移动通信系统不兼容的问题。
（2）自组织网络技术
传统移动通信网络中， 主要依靠人工方式完成网络部署及运维，既耗费大量人力资源又增加运行成本，而且网络优化也不理想。在未来 5G 网络中，将面临网络的部署、运营及维护的挑战， 这主要是由于网络存在各种无线接入技术， 且网络节点覆盖能力各不相同，它们之间的关系错综复杂。因此，自组织网络(self-organizing network， SON) 的智能化将成为 5G 网络必不可少的一项关键技术。
自组织网络技术解决的关键问题主要有以下 2点：①网络部署阶段的自规划和自配;②网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用，具有低成本、 安装简易等优点。自优化的目的是减少业务工作量， 达到提升网络质量及性能的效果， 其方法是通过 UE 和eNB 测量，在本地 eNB 或网络管理方面进行参数自优化。自愈合指系统能自动检测问题、 定位问题和排除故障，大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响。自规划的目的是动态进行网络规划并执行，同时满足系统的容量扩展、 业务监测或优化结果等方面的需求。目前，主要有集中式、 分布式以及混合式 3 种自组织网络架构。其中， 基于网管系统实现的集中式架构具有控制范围广、 冲突小等优点，但也存在着运行速度慢、 算法复杂度高等方面的不足;而分布式恰恰相反， 主要通过 SON 分布在eNB 上来实现， 效率和响应速度高， 网络扩展性较好，对系统依懒性小， 缺点是协调困难;混合式结合集中式和分布式 2 种架构的优点，缺点是设计复杂。SON 技术应用于移动通信网络时， 其优势体现在网络效率和维护方面， 同时减少了运营商的资本性支出和运营成本投入。由于现有的 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。因此，研究支持异构网络协作的 SON 技术具有深远意义。
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2. 无线网络技术
（1）多载波技术
5G 移动通信的数据速率非常高，最高可达 1GHz 带宽。现阶段移动通信中的 OFDM 技术在频谱效率、抗多径衰落等方面具有明显的优势，但是欠缺应用大范围带宽中空白频谱的能力。而多载波技术是基于滤波器组的，能够很好地解决上述问题。在该技术中，发送端是通过合成滤波器组来调制多载波的，接收端是通过分析滤波器来调制多载波的。该技术具有的特点：子载波能够单独处理，解决了子载波同步的问题；子载波不再插入前缀，也不再进行固定的正交，可以控制子载波间的相互干扰，干扰情况大大减少。所以，在 5G 移动通信系统分实现多载波方案的过程中，多载波技术起着非常重要的作用。
（2）大规模MIMO 技术
大规模MIMO 技术是5G 最关键的技术之一，更是提升频谱效率最重要的技术之一。所谓大规模MIMO 技术也称为大型天线系统，是在4G 基础上由最多8 根天线达到最多数百至数千根服务天线的使用，该技术的改革可使该基站的多个用户实现同时即时通信。额外的天线有助于把信号能量传输和接收整合到一个很小的空间，这使得在同时调度大量用户终端时获得了巨大的吞吐量和能源效率的改善。大规模MIMO 技术最初的设想是时分双工( TDD) 的操作，但也可以被应用在频分双工( FDD) 操作。大规模MIMO 技术的其他优点包括其使用的元件廉价且低功耗，可以减少延迟以及被用户所广泛使用，大规模MIMO 技术使得许多传统研究的问题获得了解决，并且对于信息方向有了全新的进展以及研究方向。同时，在大规模MIMO 技术上，也有了一些新的研究问题迫切的需要关注。
（3）全双工技术
该技术可以同时、同频进行双向通信。在现阶段的无线网络中，发射信号会对接受信号产生自干扰，当前的技术手段是很难进行同时、同频双向通信的。而全双工技术可以降低不必要的无线资源的损耗，还可以更加
灵活的运用频谱，提高 5G 移动通信的效益和性能。
3. D2D 通信技术
在5G 技术中，D2D 通信简单来说就是设备间的通信，其目的在于提高用户体验以及提升用户的使用质量。其最早提出是用来解决蜂窝网络中数据传输所造成的流量大幅度增长的问题。从2013 年起，由于5G 的兴起，世界开始着重对D2D 通信技术进行了研讨，现在，D2D 技术已经成为了4G，5G 的关键技术之一。目前，D2D 技术的发展也从初期的用基站协调来从而建立D2D 通信到如今已经发展成可以由基站协调或者基站完全不参与的情况。国内外很多研究者也开始研究如何利用D2D 设备作为中继，使不在基站覆盖范围内的设备也可以直接接入蜂窝网络。相比于蓝牙和WIFI 等技术，D2D通信的优势是其工作在蜂窝系统的频段，即使通信双方增加了通信距离后仍能保证用户体验质量。同时D2D 通信也可以实现高于其他传输设备的传输速率以及相对较低的时延性，D2D 通信相比耗电较大的WIFI 也具有较低的功耗这个优点。目前，D2D通信主要采取广播、多播、单播三种形式，因此其与蜂窝移动网络相比更难调度，也更为复杂，这是目前亟待解决的问题。
相比于蓝牙，D2D 通信距离更长，更稳定。而蓝牙不仅需要用户手动设置终端配对密钥，同时蓝牙工作的频段是非授权频段，通信质量不高也不稳定，因此，可想而知D2D 通信技术将会在5G 时代占据十分重要的角色，为大量终端建立大规模的移动网络以及多种通信业务的实现提供实际的支持。
三、5G 移动通信的发展趋势
5G 移动通信作为一种新型的移动通信技术， 预计会在2020 年得到普及。与当前应用的 4G 移动通信相比，5G 移动通信在频率利用、传输速率、资源利用等方面，都具有更大的优势，能够有效的提升无线网络覆盖、传输时延、用户体验等方面的性能。在 5G 移动通信的未来发展中，其主要的发展趋势主要在于无线传输效率、系统智能化、系统吞吐率、通信频率资源等方面的提升。 能够逐渐实现多无线、多面、多点、多用户，进一步完善和优化网络。 在传输速率、吞吐效率、 3D 等方面也会进一步提升，带给用户更好的体验。 基于越来越广泛的无线信号覆盖面积，能够根据动态流量调整网络资源，从而降低成本，提高效益。
结语：
随着科技的不断发展，在当今社会中，智能手机、平板电脑等智能移动终端已经得到了极大的普及和广泛的应用。 过去人们使用 2G 、 3G 移动网络连接互联网， 网速较为有限，虽然目前应用的 4G 移动网络极大的提升了网络速度，但仍旧存在一定的缺陷。基于此，采用 5G 移动通信网络，基于其中的各种关键技术，能够进一步提升无线网络的性能，从而为用户提供更好的无线网络服务。
参考文献：
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[2] 李革.我国5G 移动通信发展趋势与若干关键技术 [J]. 科技传播，2016（5）
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[4] 张源.5G 移动通信发展趋势与若干关键技术[J].信息通信，2016（9）
[5] 续晓光.5G 移动通信发展趋势与若干关键技术[J].通讯世界，2016（11）
论文作者:李文喜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/30
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