王建軍　張玉娟

摘 要：目前，移動通信的發(fā)展已經(jīng)從第一代（1G）模擬通信、第二代（2G）數(shù)字通信發(fā)展到第三代（3G）準寬帶移動通信和第四代（4G）移動通信系統(tǒng)，并取得了重大成績。2013年由工信部牽頭成立的IMT-2020（5G）推進組，將5G研究提上日程，其將進一步滿足人們未來對移動數(shù)據(jù)傳輸性能的各種要求，也將為網(wǎng)絡帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，該文介紹了未來5G可能涉及的多個關鍵技術，包括超密集組網(wǎng)、D2D、massive MIMO、新型多址、毫米波技術等。

關鍵詞：5G 關鍵技術 網(wǎng)絡 移動通信

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（c）-0066-02

第五代移動通信的設計框架涵蓋愿景、場景、能力、設計理念、核心技術等多個方面，以“柔性、綠色、極速”為網(wǎng)絡愿景。目標場景包括移動互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)等。為實現(xiàn)上述愿景和場景目標，從兩個方面定義了5G能力：一是速率、時延、密度和移動性等性能指標，二是頻譜效率、能效效率以及成本效率等效率指標。為了實現(xiàn)這些目標和能力，需要全面定義5G設計原則，涉及香農理論、蜂窩、信令控制、天線、頻譜、協(xié)議和空口等。用戶中心網(wǎng)絡UCN和軟件定義空口SDAI兩個核心概念被明確作為5G系統(tǒng)解決方案的基礎，這里UCN通過RAN架構和功能重定義，嘗試提供一個擁有公共的高層協(xié)議的統(tǒng)一的無線接入架構，而SDAI通過空口不同功能模塊的重定義，提供一個具備面向各種差異化業(yè)務和場景的定制能力的統(tǒng)一空口。UCN和SDAI中關鍵技術的性能將被評估和測試，并考慮頻譜策略和測試測量技術，以驗證5G解決方案是否能達到5G能力目標。

1 5G關鍵技術

1.1 超密集組網(wǎng)技術

超密集組網(wǎng)將是滿足未來移動數(shù)據(jù)流量需求的主要技術手段。其能夠解決5G中提出的無線數(shù)據(jù)速率提高1 000倍的問題，提高空間譜利用率及增強室內覆蓋等問題。隨著蜂窩小區(qū)覆蓋面積的變小，最優(yōu)站點的位置可能無法得到，同時小區(qū)進一步分裂難度增加，只能通過增加站點部署密集度來進行改善，超密集組網(wǎng)通過更加“密集化”的無線網(wǎng)絡基礎設施部署，獲得更高的頻率復用效率，從而在局部熱點區(qū)域實現(xiàn)百倍量級的系統(tǒng)容量提升。其典型應用場景主要包括：辦公室、密集住宅、密集街區(qū)、校園、大型集會、體育場、地鐵、公寓等。隨著小區(qū)部署密度的增加，超密集組網(wǎng)將面臨許多新的技術挑戰(zhàn)，如干擾、移動性、站址、傳輸資源以及部署成本等。為了滿足典型應用場景的需求和技術挑戰(zhàn)，實現(xiàn)易部署、易維護、用戶體驗輕快的輕型網(wǎng)絡，接入和回傳聯(lián)合設計、干擾管理和抑制、小區(qū)虛擬化技術是超密集組網(wǎng)的重要研究方向。

目前，需要研究適應動態(tài)變化的網(wǎng)絡動態(tài)部署技術、站點的密集部署將需要龐大而且復雜的回傳網(wǎng)絡，而如果采用有線回傳網(wǎng)絡，將會導致網(wǎng)絡部署的困難和運營商成本的大幅度增加。因此，為了提高節(jié)點部署的靈活性，降低部署成本，利用和接入鏈路相同的頻譜和技術進行無線回傳傳輸，是解決這個問題的一個重要方向。無線回傳方式中，無線資源不僅為終端服務，而且為節(jié)點提供中繼服務，使無線回傳組網(wǎng)技術非常復雜，因此，無線回傳組網(wǎng)關鍵技術，包括組網(wǎng)方式、無線資源管理等是重要的研究內容。

1.2 D2D技術

隨著科技的進步，用戶終端的類型也越來越多，其支持的無線通信能力也隨之增強，除2G、3G、4G之外，還可以通過Wi-Fi、bluetooth、LTE-D2D等技術來實現(xiàn)終端設備間的直接通信。此外，通過對上述通信技術的協(xié)同融合，還可衍生出更多新的應用場景來提升用戶體驗。

常見的應用場景包括車直接通信、終端間協(xié)作通信和數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡等。其中，對于車直接通信：未來車聯(lián)網(wǎng)不僅包括車與網(wǎng)絡之間的遠程通信，還包括車車、車路、車人（V2V， V2I，V2P，統(tǒng)稱V2X）的頻繁交互的短程通信。對于終端間協(xié)作通信：在未來無線通信中，不僅網(wǎng)絡側可以相互協(xié)作，終端之間也可以相互協(xié)作，通過臨近終端之間的短距離技術連接，終端之間可以協(xié)作互助，互相中轉數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡：在基站節(jié)點的協(xié)助下，終端可自發(fā)組織建立起互相之間可直接進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖越M織網(wǎng)絡，來進行數(shù)據(jù)業(yè)務的共享。

1.3 massive MIMO技術

MIMO系統(tǒng)通過在發(fā)送端和接收端設置多個天線，形成MIMO通信鏈路。其可以在不增加帶寬的情況下增加系統(tǒng)的傳輸性能。面對5G在傳輸速率和系統(tǒng)容量等方面的性能挑戰(zhàn)，天線數(shù)目的進一步增加仍將是MIMO技術繼續(xù)演進的重要方向。在實際應用中，通過大規(guī)模天線，基站可以在三維空間形成具有高空間分辨能力的高增益窄細波束，能夠提供更靈活的空間復用能力，改善接收信號強度并更好地抑制用戶間干擾，從而實現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量和頻譜效率。大規(guī)模天線技術的研究內容主要包括：應用場景與信道建模、傳輸與檢測技術、信道狀態(tài)信息測量與反饋技術、覆蓋增強技術、資源管理技術等。

1.4 新型多址技術

未來移動通信中，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)將成為未來移動通信發(fā)展的主要驅動力，5G不僅需要大幅度提升系統(tǒng)頻譜效率，還需要具備支持海量設備連接的能力。此外，在簡化系統(tǒng)設計及信令流程方面也提出了很高的要求，這些都將對現(xiàn)有的正交多址技術形成嚴峻挑戰(zhàn)。新型多址技術主要包括：SCMA，PDMA和MUSA，其通過多用戶信息在相同資源上的疊加傳輸，在接收側利用先進的接收算法分離多用戶信息，以有效提升系統(tǒng)頻譜效率，并增加系統(tǒng)的接入容量。

1.5 毫米波技術

毫米波頻段一般為30～300 GHz，其具有波長短、頻帶寬、波束窄、保密性好、傳輸質量高、全天候通信等特點，可以有效解決高速寬帶無線接入面臨的許多問題，因而在短距離通信中有著廣泛的應用前景。在頻譜資源緊缺的情況下，采用毫米波通信能夠有效提升通信容量。由于5G的超密集網(wǎng)絡，基站間距可能不到200 m。而毫米波具有波束窄的特點，具有很強的抗干擾能力，加上空氣對毫米波吸收的因素，可以有效減小對相鄰基站間的干擾。

2 結語

5G（第五代移動通信技術）是面向2020年之后的新一代移動通信系統(tǒng)，隨著通信技術的不斷發(fā)展和我國LTE的正式商用，為了滿足未來無線數(shù)據(jù)傳輸爆炸式的增長，面向未來提供更高速率、更好用戶體驗的下一代無線通信技術（5G）已經(jīng)成為了通信業(yè)界關注的重點領域。我國應積極參與對5G通信技術的研究，持續(xù)推進5G重大專項，加快推進5G研發(fā)和商用進程，打造政、產(chǎn)、學、研信息共享平臺，及時整合并發(fā)布5G相關領域國內外研發(fā)進展最新動態(tài)，引導國內相關企業(yè)、研發(fā)機構及高校在5G各自的優(yōu)勢領域集中發(fā)力，尋求5G關鍵技術的全面突破。

參考文獻

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