摘要：本文主要阐述5G通信技术的概念、5G 技术发展现状，并分析了5G 移动通信的关键技术。
关键词：5G；移动通信；关键技术；发展
5G无线通信技术实际上就是无线互联网网络（见图1），这个技术将支持OFDM（正交频分复用）、MC-CDMA（多载波码分多址）、LAS-CDMA（大区域同步码分多址）、UWB（超宽带NETWORK-LMDS（区域多点传输服务）和IPv6（互联网协议）。事实上，IPv6 是4G 和5G 技术的基础协议。5G 技术是一个完整的无线通信系统，没有任何限制，所以我们将5G 称为真正无线世界或者WWWW（WorldwideWireless Web，世界级无线网）。
一、5G概念
5G指的是第五代移动通信技术。与前四代不同，5G并不是一个单一的无线技术，而是现有的无线通信技术的一个融合。目前，LTE 峰值速率可以达到100Mbps，5G的峰值速率将达到10Gbps，比4G提升了100 倍。现有的4G网络处理自发能力有限，无法支持部分高清视频、高质量语音、增强现实、虚拟现实等业务。5G将引入更加先进的技术，通过更加高的频谱效率、更多的频谱资源以及更加密集的小区等共同满足移动业务流量增长的需求，解决4G网络面临的问题，构建一个高速的传输速率、高容量、低时延、高可靠性、优秀的用户体验的网络社会。
二、5G 技术发展现状
随着通信网络的日益发展及3G 与4G 技术的推广与应用，后4G 时代的通信技术被命名为5G。5G 通信技术的研发，势必给通信行业带来新一代的革新。ITU 已于2013 年开始5G 需求、频谱及技术趋势的研究工作，计划2016 年完成技术评估方法研究，2018 年完成IMT-2020 标准征集，2020 年最终确定5G 标准。中国863 计划也已于2014 年启动了5G 技术研究项目。重大专项5G 相关研发课题将与863 任务相衔接，支持863 项目的研究成果转化应用到IMT-2020 国际标准化进程中。目前，5G 通信技术还没有统一的制式标准。学术界预计一些合作项目，如METIS（mobile and wirelesscommunications enablers for the 2020 information society）将驱动5G 初步的标准化活动。我们将5G 移动网络定义为以“用户为中心”的概念，取代以往3G 中“运营商为中心”的概念，或4G 中“服务为中心”的概念.用户的需求定义了5G 移动通信系统将支持：
1）更严格的时延和可靠性的要求，将需要支持的医疗保健、安全、物流、汽车应用，以及关键任务控制；
2）更高的数据传输速率，必须支持用户峰值速率可达10 Gb/s，而且需要具有很高的可用性和可靠性；
3）网络的可扩展性和灵活性，必须具有非常低的复杂性；
4）多样性及超长待机时间的终端设备；
5）更高的移动性能，实现高速移动环境下的良好用户体验。
三、5G性能指标
对于5G需要满足一些什么样的指标，工信部电信研究院选择了体育场、办公室、密集住宅区等场景，结合车联网、视频点播等应用进行实例分析。对每一种场景下的不同应用进行分析，发现无线技术成为应用发展的制约因素。要在不同的场景下使用户获得良好的应用体验，需要满足以下指标：
（1）5G的传输速率在4G的基础上提高10-100 倍，体验速率能够达到0.1~1Gbps，峰值速率能够达到10Gbps；
（2）时延降低到4G的1/10或1/5，达到毫秒级水平；
（3）设备密集度能够达到600 万个/平方公里；
（4）流量密度能够在20Tbps/平方公里以上；
（5）移动性达到500km/h，实现高铁环境下的良好用户体验。
为了满足上述性能指标的要求，使用户获得良好的业务体验，除了以上的这些指标外，能耗效率、频谱效率及峰值速率等指标也是重要的5G技术指标，需要在5G系统设计时综合考虑。
四、5G关键技术
LTE-A的技术标准主要由3GPP 国际标准化组织制定。业界初步认为在3GPP R14 阶段（2016 年）将启动5G技术的标准研究工作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆5G无线关键技术的主要方向包括：
（一）新型多天线技术
随着无线通信的高速发展，对数据流量的需求越来越大，而可用频谱资源是有限的。因此，提高频谱利用效率显得尤为重要。多天线技术是一种提高网络可靠性和频谱效率的有效手段，目前正被应用于无线通信领域的各个方面，如3G，LTE，LTE-A等，天线数量的增加，可以保证传输的可靠性以及频谱效率。新型大规模天线技术可以实现比现有的MIMO技术更加高的空间分辨率，使得多个用户可以利用同一时频资源进行通信，从而在不增加基站密度的情况下大幅度提高频率效率；新型多天线技术可以降低发送功率；可以将波束集中在很窄的范围内，可以降低干扰。总之，新型多天线技术无论在频谱效率、网络可靠性还是能耗方面都具有不可比拟的优势，因此在5G时代会普遍使用。限于多天线技术所占用空间大、系统复杂度提升、对设备的外观设计、系统部署能力都带来了极大挑战，因此未来这方面也是研究热点。
（二）高频段的使用
对于移动通信系统而言，在3GHz以下的频段可以很好地支持移动性，有良好的覆盖范围，但目前在这一区间的频谱资源十分紧张。而在3GHz以上的频谱资源非常丰富，如果能够有效利用这一区间的频谱资源，将会极大地缓解频谱资源紧张的问题。因此，高频段的使用将会成为未来发展的趋势，高频段具有许多优点，比如：可用带宽非常充足，设备和天线小型化，天线增益较高。不过高频段也存在着一些不足之处，例如：穿透和绕射能力弱，传输距离短，传播特性不佳等，同时高频器件和系统设计成熟度、成本等因素也需要得到解决。
（三）同时同频全双工
传统的无线通信技术由于其局限性，并不能实现同时同频的双向通信，这造成了极大的资源浪费，而全双工同时同频技术可以实现上行链路和下行链路同时利用相同的频率资源进行双向通信，理论上可以令资源利用率提升一倍。不过全双工同时同频技术也面临一个技术难题，就是在发送和接收信号的过程中，由于功率差距非常大，会导致非常严重的自干扰，因此首要解决的问题就是干扰消除。另外，还存在着邻小区同频干扰问题，全双工同时同频在多天线的环境下应用难度会更大，需要深入研究。
（四）设备间直接通信技术
现有的无线通信技术是以基站作为中心，存在着一定的局限性，如系统在覆盖和容量等方面的问题。尽管中继技术及多点协作技术能够提高小区的覆盖性能，增加小区边缘用户的吞吐量，但是基站和中继节点位置固定，网络结构和业务也不够灵活，系统的整体覆盖和小区边缘用户的体验仍然存在较大的提升空间。
设备间直接通信技术，即D2D，能够在相邻的终端之间在近距离范围内通过直接链路进行数据传输，而不需要经过中间节点。短距离直通技术具有以下优势：可实现较高的数据速率、较低的延迟和较低的功耗；可以实现频谱资源的有效利用，获得资源空分复用增益；能够适应如无线P2P 等业务的本地数据共享需求，提供灵活的数据服务；能够利用网络中数量庞大且分布广泛的通信终端以拓展网络的覆盖范围。D2D对于提高频谱利用率和系统质量有着重要意义，将是5G重点研究的技术之一。
（五）自组织网络
在传统无线通信网络中，网络部署、配置、运维等都是人工完成，不仅占用大量的人力资源，而且效率十分低下，并且随着移动通信网络的快
速发展，仅仅依靠人力更加难以实现良好的网络优化。为了解决运营商的网络部署、优化问题，同时降低运营商在运维方面投入对总投入的占比，使运营商能够在满足客户需求的条件下快速便捷地部署网络，提出了自组织网络（SON）的概念。自组织网络的设计思路是在网络中引入自组织能力，包括自配置、自由化、自愈合等，实现网络的规划、部署、维护、优化和排障等各个环节的自动进行，尽量减少人工干预。
5G将会是一个多制式的异构网络，将会有多层、多种无线接入技术共存，使得网络结构变得十分复杂，各种无线接入技术内部和各种覆盖能力的网络节点之间的关系错综复杂，网络的部署、维护、运营将成为一个极具挑战性的工作。为了降低网络部署、运营维护复杂度和成本，提高网络运维质量。未来5G将会支持更智能的、统一的SON功能，统一实现多种无线接入技术、覆盖层次的联合自配置、自由化、自愈合。
总结
总而言之，5G在面向2020年新一代移动通信系统上，产业界和学术界正在对技术和概念进行深讨，尽管还没形成相对的标准，但伴随着网络技术和信息的迅速发展，5G的关键技术在实质上有了新的突破，全面提高了经济的发展和全球信息化程度。
参考文献：
[1]5G无线通信技术概念及相关应用_翟冠楠
[2]5G移动通信发展趋势与若干关键技术_尤肖虎
[3]5G移动通信技术及发展趋势的分析与探讨_李章明
[4]5G移动通信及其关键技术发展研究_石炯
论文作者:郑元寅
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
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