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李志民:第五代移动通信技术
2017-12-20 主编微讲堂 李志民

  迄今为止,移动通信技术已经经历了四代,1G通信系统是基本只能模拟通话的模拟技术,2G是使可以用网络的数字技术,3G则是通过采用CDMA无线接入技术,通过提供中高速数据,从而实现多媒体服务,4G通信技术通过采用多天线载波技术,在大幅度提高传输速率的同时,也提供很多多样化的个性服务。第五代移动通信技术(fifth-generation,5G),5G是新一代移动通信技术发展的主要方向,与4G相比,是为了满足智能终端的快速普及和移动互联网的高速发展,满足未来万物互联的应用需求。是面向2020年以后人类信息社会需求的第五代移动通信网络。

  1. 第五代移动通信技术的特征

  相对于传统的移动通信网络,依靠关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构,实现标志性能力指标为“Gbps用户体验速率”。5G 具有如下的基本特征:

  1)数据流量增长100倍,保障超高速传输。

  2)联网设备数目扩大10倍,使超大规模用户应用更加便捷。如峰值速率至少10Gb/s,用户可获得速率达到10M b/s,特殊用户需求达到100 M b/s,满足不同用户需求。

  3)时延短和可靠性高,能够满足用户随时随地的网络在线服务,极大地降低用户时延和控制时延,并在进行信息传输过程中的重大业务端到端服务可靠性提升到99.99 % 以上。

  4)频谱利用率高,网络耗能低。

  2. 第五代移动通信技术的关键技术

  1)全双工技术:通过去掉来自于通信双工节点固有发射机信号的干扰,从而实现在一个物理信道上同时、同频进行双向通信。该技术能够减少无线资源的浪费,提升频谱效率的利用率。

  2)多用户MIMO(多输入多输出)技术:也叫多天线传输技术,通过在设备的输入和发送端都设置天线,从而增加MIMO信道的容量。该技术能够使无线信号覆盖范围更广、提高传输的可靠性、提高系统的容量。

  3)高频段传输技术:由于低频段频谱资源少,不能满足日益增长的用户数量的需求,而高频段具有多方面特点,可以解决速率、容量等多方面的需求。

  4)D2D 通信技术:在传统的以基站为中心实现小区覆盖的组网方式中,不能满足用户个性化、多样化的业务需求,随着网络技术的飞速发展以及大流量5G 时代的到来,我们迫切需要一种设备间的直接通信技术,D2D 通信技术可以提高无线数据的流量;使组网的灵活性得到提高;能够增强信息的可靠性;可以提高效率,减少消耗;使通信质量得到提高。

  5)密集网络技术:增加数据的流量是5G 移动通信技术的目标,可以从两方面去考虑:①为了满足室外更广的覆盖要求,可以在宏基站布置大规模天线;②布置较多的密集网络以此来满足室内外的数据要求。5G 数据业务的重点分布区,将是室内和一些特殊地区。该技术能够提高网络的灵活性,可以增加网络覆盖,提高使用效益,使系统容量得到提升。

  3. 第五代移动通信技术发展趋势

  全球关于5G的技术研究,还处于早期阶段,将来还要经过技术研究、标准化、外场试验等阶段,并最终实现商用部署。不过,尽管对于5G概念和技术仍在探讨,但对于5G标准融合的大方向,现在学术界和产业界基本形成了共识。在2G、3G时代,不同的通信协议标准之间存在较大的差异。而在4G时代,TD-LTE和LTE-FDD在核心网方面已拥有95%的相似性,在无线传输方面也有90%的相似性。在5G时代,在频谱的使用上将更加高效和灵活,核心技术和系统架构将进一步融合,全球共用一套通信标准将成为5G技术的发展趋势。

  5G技术的发展将会在信息技术新的发展中逐渐形成自己的特点:一)更加注重用户的体验,提高和改善通信网络的传输速率;二)完善和健全网络,实现多点、多面、多用户,提高系统性能;三)5G技术将实现无处不在的无线信号覆盖,优化系统的设计目标;四)充分利用高频段频谱资源,实现5G的普遍广泛应用;五)可灵活化的配置5G移动无线通信网络,相关通信运营商科根据实时的流量动态调整网络资源,降低成本和消耗。

  总之,5G是面向信息社会需求的新一代移动通信系统,学术界和产业界正在对其概念和技术进行广泛探讨,尽管尚未形成统一的标准,但随着信息和网络技术的快速发展,5G的关键技术将取得实质性的突破,具有更广阔的应用前景,全面提升信息化程度和经济与社会发展。(责任编辑段桃,主编李志民)

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