新时代背景下5G移动通信技术发展研究

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新时代背景下5G移动通信技术发展研究

嵇洪涛

（山东省邮电规划设计院有限公司，济南 250101）

摘要：2014年，三星电子率先开发5G移动通信网络，试图解决传统通信网络超高频波长段数据损失大、传送距离短等技术难点。在现代科学技术发展推动下，凭借第五代移动通信的技术优势，将会成为未来通信领域中主要应用技术。目前，5G移动通信技术还处于试验阶段，各通信厂商也在推动其商业化进程。鉴于此，本文对新时代背景下5G移动通信技术发展进行详细分析，试图为之提供行之有效的可行性建议。

关键词：5G；移动通信；发展；技术特点doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.06.025中图分类号：TN929.5 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）06-0045-025G移动通信技术依托于第五代移动通信网络，作为4G的延伸，5G移动通信技术具有非常明显的技术优势，5G网络传输速度更快，带宽更宽，而且稳定性更高。根据测试数据得知，5G通信网络传输速度峰值可达到每秒数十Gb。现阶段，全世界范围内都致力于5G移动通信技术的研究，中国移动将在2019年上半年推出首批5G预商用设备，主要包括智能手机、网络运营服务等，而与此同时中国联通和中国电信也将在2020年实现重点城市的5G商用。由此可见，5G移动通信技术将会在不久的将来，会成为主流的通信技术。

表-1所示。下文对5G移动通信技术的技术特点进详细分析：2.1 无线接入网技术

5G移动通信技术的核心是无线接入网技术，在5G通信网络中，需要可以提供多个Gb/s的数据速率，这就需要使用大MIMO、毫米波、新波形及轨道角动量复用来实现。不同的蜂窝和无线网络对于容量和带宽的需求具有明显的差异性，5G移动通信技术凭借其Gb/s量级的数据传输速率，可以通过使用毫米波频谱实现，较小的毫米波长度可以与定向天线组合从而支持更高的吞吐量。2.2 高频段传输

5G移动通信技术支持1Gb/s以上的数据传输，其峰值数据速率为5~10Gb/s，频谱效率为10b/sHz，用户面延时为1ms，控制面延时为50ms。对毫米波和非许可频段以及超高速350km/h的与移动性需求，进行切换的时间需要小于10ms，这对5G移动通信技术的可靠性有着非常高的要求。2.3 大规模天线阵列技术

由于以无线方式连接的设备越来越多，因此，迫切需要能够满足更高数据与容量需求的无线技术。新时代背景下，传统的通信设备已对既有的无线网络造成极大负担，而随着5G移动通信技术的研发，对数据传输率的需求也非现有速率能满足。多输入/多输出（MIMO）技术有望通过实现新一代无线技术来解决上述问题。这就需要通过大规模天线阵列技术来实现，以便在相同的时域与频域传输多个数据信号，可同时大幅提升容量、传输率或稳定性。大规模天线阵列技术有效的确保了5G移动通信技术的应用和普及。大规模天线阵列技术使得基站能够采用大量天线，通过高级信号处理技术，同时锁定多个用户，并重复使用相同的时间与频率空间。2.4 新型多载波技术

新型多载波技术包括滤波OFDM技术、滤波器组多载波FBMC技术以及通用频分复用GFDM技术等，新型多载波技术的研发能够有效推进5G移动通信技术的普及应用。有效支撑5G移动通信技术拥有更广泛和更丰富的业务类型，尤其是大量的物联网业务，这些对基础波形有了更高的要求，新型多载波技术除了具有传统的移动宽带业务外，对这些物联网业务也具有良好的支持能力。在新时代背景下，新型多载波技术良好的扩展性可以有效应对大量新技术和新业务需求，通过增加参数配置或者简单修改属性就可以支持种类繁多的业务。此外，新型多载波技术还需要和其他技术进行兼容，5G移动通信技术的多样化需求需要通过融合新型调制编码、新型多址、大规模天线和新型多载波等新技术来共同满足，作为基础波形，新型多载波技术需要和这些技术进行有效结合。

1 5G移动通信技术发展现状评价

5G移动通信技术拥有更快、更安全、信号更强、覆盖面积更广、应用领域更广泛等特点，是对现行移动通信技术的一次全面的技术革新。研究得知，我国5G移动通信技术起步于2016年，主要分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施。在2016年3月，工信部表示：5G移动通信技术是新一代通信网络发展的主要方向之一，作为未来信息基础设施的重要组成部分。5G具有更高的速率和带宽，其技术实现后，预计5G网速将比4G提高近10倍，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络需求。从行业应用角度分析，5G通信技术具有更高的可靠性，更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展。2018年12月7日，我国工业和信息化部许可中国移动、中国电信、中国联通三家企业，在全国范围内开展第五代移动通信系统的试验工作，并分布5G试验频率资源。

2 5G移动通信技术特点

现阶段，手机终端设备已经成为人们生活中不可或缺的一部分，人们通过手机就可以获取丰富的数据资源，通过手机完成各种支付功能，目前，手机已经能够满足人们绝大部分的通信和娱乐需求，这些都要归功于移动通信技术的发展。随着5G移动通信技术的诞生，VR/AR、智能终端、3D电影以及超高画质视频会逐步走进人们的生活。

表1 移动通信技术区别

网络部署带宽技术业务复用交换核心网切换

1G1974/19842kb/s模拟蜂窝语音FDMA电路PSTN水平

2G3G4G5G1980/19991990/20022000/20102014/202014~16kb/s2Mb/s100Mb/s10Gb/s数字蜂窝宽带CDMA全IP网络新空口语音、短信、语音、视频、语音、视频、短语音、视频、短

数据短信、数据信、数据、RCS信、数据、RCSTDMACDMAOFDMNOMA电路、分组电路、分组分组分组PSTN分组网分组网NFV水平水平水平水平、垂直

5G移动通信技术的研发是为了提供更高效率的网络传输业

务。与以往通信技术相比，它能够提供Gb/s量级的数据传输速率，拥有更快的连接速度和更清晰的视频，支持多媒体交互业务。如

3 5G移动通信技术应用（下转第54页）

作者简介：嵇洪涛，男，1986年审，本科，工程师，研究方向为无线通信、室内覆盖。

2019.06数字通信世界45

D专题

IGITCW技术

Special Technology

分辨率相较于当前的技术来说，具有明显的提升技术程度。所以，MIMO技术能够对于空间展开深入的挖掘以及拓展，良好的掌控维度情况，让不同用户可以于相同的时间内展开相对自由形式的通信，而且可以不通过提升基站密度的方式，便能够有效的将频谱效率进行增强。同时大规模MIMO技术中能够在相对较窄区域范围中进行集中波束，实现明显程度的将干扰问题降低的效果，而且可以推动功率的有效提升。当前在研究MIMO技术中，也存在不足的地方，例如传输方案一般是实施TDD系统，而且采取的均为单天线，所以就会让其数量同基站天线数量相比较明显更小，在用户数量增加的同时也会使其数量相应的提升。4.2 基于滤波器组的多载波技术

无线通信系统内，多载波技术的应用相对普遍，可以在将频谱效率进行提升的期间，有效的对抗很多的多径衰落现象。当前在移动通信中应用的OFDM技术于频谱效率以及抗多径衰落等方面发挥出的优势显著，但是弊端问题就是不具有应用大范围带宽中空白频谱的能力。鉴于此，基于滤波器组的多载波技术应运而生，可以良好的解决以上的问题。此技术的发送端经合成滤波器组对于多载波展开调制，并且接收端经分析滤波器的方式，实现多载波的调制。此技术的特征为：子载波可以进行单独的处理，将子载波同步状况具有良好的解决，而且子载波无需进行前缀的插进以及固定正交，能够对于子载波间互相干扰问题进行良好的控制，就会大大的减少干扰的状况。因此，可以达到各载波之间的带宽设置目标同时进行灵活控制。4.3 超密集异构网络技术

5G系统具有无线传输技术，因此存在诸多的形式的无线接入模式。此种技术的网络密集程度相对较高，因此就会产生较近的网络节点与终端距离。这样一来，一方面能够将功率、频谱效率进行有效的提升，另一方面也能够将系统容量进行增加，而且明显的提升系统灵活性。尽管超密集异构网络技术能够在5G移动通信的发展中提供更好的动力以及广阔的前景，但是由于减少了节点之间距离情况，所以就会导致系统内部增加各种问题。鉴于此种情况，需要积极的改进这种情况。例如，采取有线回传方式，将程序进行有效的简化，并且能够节省大量的资源，维护移动通信平稳向前发展。4.4 自组织网络技术

为明显的区别于传统移动通信技术，大大的节约物力资源、人力资源的投入，可在满足用户需求的基础上，将自组织网络技术应用到移动通信中。自组织网络技术这一概念为经网络引进自组织的能力，涉及到的方面诸多，即自我配置、自我优化等，可（上接第45页）在新时代背景下，移动互联将会成为通信技术发展的主要动力。5G移动通信技术将会融入到人们的日常生活、工作、学习等领域中，即使在密集的住宅区、办公楼、体育场、地铁、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数据密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面等业务服务。其中虚拟现实（Virtual Reality，VR）是利用计算机模拟合成一个三维空间，在这个虚拟世界人们可以通过视觉、听觉以及嗅觉获得身临其境的感受。现阶段，迪士尼、微软、Facebook、谷歌、三星等巨头已经在VR领域布局，尤其是2018年上映的《头号玩家》再一次让虚拟现实世界成为人们关注的焦点。要真正意义上实现“身临其境”的浸入式体验，相应的视频分辨率就必须达到人眼分辨率，网络传输速度必须达到300Mbps以上，端到端时延小于5ms，移动小区吞吐量大于10Gbps，这些都要依托于5G移动通信技术的支持。凭借低时延、高可靠、低功耗的特点，5G移动通信技术将会和工业设施、医疗仪器、交通工具等进行深度融合，满足工业、医疗以及交通等领域的业务需求，相信未来，5G移动通信技术的应用领域将会非常广泛，不仅能提供VR、超高清视频、浸入式游戏等交互方式再升级；还可以支持海量的机器设备通信，服

以将人为干预量明显的减少，发挥出的优势巨大。5G移动通信

属于异构网络，融合以及协同多制式共存。在业务等不断更新的情况下，就需要让网络也积极的适应这一趋势。为确保移动过程具备良好的平稳性，就应该应用双连接模式优化选择目标。4.5 高频段频率拓展技术

以往移动通信系统工作的工作频段集中于3GHz以下，所以频谱资源会凸显出相对拥挤的情况，但是高频段可用频谱资源丰富，例如厘米波频段、毫米波频段等，可以良好的对于频谱资源紧张的情况进行改善，达到短距离以及极高速通信的目标，同时满足5G容量以及传输速率等实际需求标准。4.6 Device to Device（D2D）技术

此种技术建立在系统控制基础上，让终端之间以复用小区资源直接实施通信的一种新型技术。不仅可以将蜂窝通信系统频谱效率进行提升，减小终端的发射功率，同时也能够显著的处理好无线通信系统稀缺频谱资源的情况。因短距离直接通信，具有较高的信道质量水平，所以D2D可以产生较高数据速率，同时产生较低的功率消耗等。经广泛分布的终端，积极的改善覆盖，达到高质量应用频谱资源的效果。而且可以对于灵活性网络的连接方式进行支持，将网络的可控性进行提升。

5 结束语

伴随时代的不断进步与发展，5G 移动通信时代已经渐渐的走向我们。此种技术会提供给人们更加丰富多彩的网络需求，用户的业务体验更加优质舒适。现阶段5G 网络技术是在探索的阶段，所以有关的部门应该对于5G 关键技术全面的学习和了解，建立在人们生活需求基础上展开更好的研发工作。参考文献

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务智慧城市、智慧家居；在车联网、移动医疗、工业互联网等垂直行业中都有非常广阔的应用前景和经济效益。

4 结束语

综上所述，5G移动通信技术不仅仅意味着更快的数据速率和更高的容量，更重要的是，它实现了人与物的结合人类与数十亿台智能设备的无缝实时交互。相信，伴随着5G移动通信技术的全面普及应用，在不久的将来有望实现一个富足、可靠且超级互联的世界。这就要求5G移动通信技术面临更多挑战，在设计和研发过程中必须进行全面的技术检测，使其满足新的频段、更宽的带宽还是新的波束成形技术需求。参考文献

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54DIGITCW2019.06