范曉寒

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088

4G與5G關(guān)鍵技術(shù)的比較

范曉寒

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088

4G移動通信技術(shù)逐漸取代2G和3G移動通信技術(shù)而廣泛應(yīng)用，于是5G移動通信技術(shù)應(yīng)運而生。未來5G網(wǎng)絡(luò)是一個多網(wǎng)絡(luò)、多頻段、多制式的混合網(wǎng)絡(luò)，相對4G頻譜效率將顯著提升，各國開始著眼于5G的研究與開發(fā)。通過比較4G和5G的重要關(guān)鍵技術(shù)，對實現(xiàn)4G到5G的平滑升級提供了參考。

5G；4G；關(guān)鍵技術(shù)；比較

引言

通信技術(shù)的每一次更新?lián)Q代，都會帶來翻天覆地的變化，3G向4G過渡時如此，4G發(fā)展到5G亦將如此。5G的發(fā)展是全球移動通信領(lǐng)域新一輪技術(shù)競爭的開始。及早布局，力爭在未來5G技術(shù)與商業(yè)競爭中的獲得領(lǐng)先優(yōu)勢，成為各國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要務(wù)之一。

1 4G關(guān)鍵技術(shù)概述

1.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

OFDM是4G最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠最大限度的提高系統(tǒng)的運行性能。在多載波調(diào)制范圍內(nèi)應(yīng)用正交頻分復(fù)用技術(shù)，信道可以分解為多個正交子信道，在每個子信道里進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在信道的多徑效應(yīng)影響下，OFDM能夠有效消除頻率選擇性衰落，避免碼間串?dāng)_，提高了通信的性能。[1]

1.2 智能天線（adaptive antenna array，AAA）技術(shù)

智能天線技術(shù)是一種基于自適應(yīng)天線原理的移動通信技術(shù)，具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，并可以同時獲取基站和移動站之前的各個鏈路方向特性。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)的信號，既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。智能天線在消除干擾、擴(kuò)大小區(qū)半徑、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)容量等方面具有不可比擬的優(yōu)越性，因此在4G通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

1.3 空分多址技術(shù)

空分多址技術(shù)利用空間劃分，獲取不同方位的信息和地址。這樣傳輸信號能夠在有限的頻率資源中進(jìn)行有效的傳輸，各種途徑的傳輸信號在特定同一時間間隙領(lǐng)域中的實現(xiàn)，可以提高傳輸信號在有限的頻率資源中的傳輸效率。此外，對于各類渠道的傳輸信號來講，在相同時間內(nèi)，利用空分多址技術(shù)可以有效避免各個信號之間的相互干擾，使得信號質(zhì)量大大提高。

2 5G通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大規(guī)模MIMO 技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)是5G最關(guān)鍵的技術(shù)之一，也稱大型天線系統(tǒng)。作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段，大規(guī)模MIMO技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多種無線通信系統(tǒng)，例如，3G系統(tǒng)、LTE、LTE-A、WLAN 等。根據(jù)信息論，天線數(shù)量越多，頻譜效率和可靠性提升越明顯。在4G基礎(chǔ)上，由最多8根天線達(dá)到最多數(shù)百至數(shù)千根服務(wù)天線的使用，大規(guī)模MIMO技術(shù)的采用可使基站的多個用戶實現(xiàn)同時即時通信。額外的天線有助于把信號能量傳輸和接收整合微小空間，這使得在同時調(diào)度大量用戶終端時可以增加吞吐量和改善能源效率。在天線的配置方式上，多個天線既可以集中地配置在一個基站上，形成集中式的大規(guī)模MIMO，也可以分布式地配置在多個節(jié)點上，形成分布式的大規(guī)模MIMO。

大規(guī)模MIMO技術(shù)的優(yōu)勢主要在于：第一，在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率；第二，將波束集中在很窄的范圍內(nèi)，從而大幅度降低干擾；第三，大幅降低發(fā)射功率。

目前中國的大唐、華為、中興都已經(jīng)完成了有關(guān)大規(guī)模MIMO技術(shù)的測試，使得2020年國內(nèi)大范圍實現(xiàn)5G技術(shù)成為了可能。

2.2 毫米波通信技術(shù)

毫米波是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。目前世界上現(xiàn)有可利用頻段資源非常有限，所用的無線電頻譜都在6 GHz以下，而處在毫米波頻段上（3～60 GHz）的資源雖然豐富，卻尚未被充分開發(fā)利用。因此，5G將在9.9～86 GHz上展開全新RAT技術(shù)研究。9.9～86 GHz主要用來做超密集網(wǎng)絡(luò)（UDN），所以UDN層和LTE 層將會重疊覆蓋，并且互操作耦合。隨著基站天線規(guī)模的增加，能夠在有限的空間內(nèi)部署更多天線也要求通信的波長不能太長。毫米波通信技術(shù)為未來實現(xiàn)可觸式互聯(lián)網(wǎng)、低時延性的虛擬現(xiàn)實以及3D等應(yīng)用的研究提供了新的發(fā)展方向。

2.3 雙全工通信技術(shù)

雙全工通信技術(shù)是同時同頻進(jìn)行雙向通信的技術(shù)手段。由于無線通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)存在固有的發(fā)射信號對信號接收的干擾，同時同頻進(jìn)行雙向通信技術(shù)還不夠完善，還不能實現(xiàn)同時同頻的雙向通信，浪費了大量的無線資源，例如頻率和時間。因此，全雙工通信技術(shù)成為了5G移動通信技術(shù)的無線傳輸技術(shù)中一個重要的研究方向。全雙工通信技術(shù)可以減少無線資源的浪費，可實現(xiàn)更加靈活的頻譜使用。實現(xiàn)全雙工通信技術(shù)面臨的主要問題是自干擾的抵消。目前已研發(fā)出各類干擾抵消技術(shù)，包括模擬端干擾抵消、對已知的干擾信號的數(shù)字端干擾抵消及它們的混合方式、利用附加的放置在特定位置的天線進(jìn)行干擾抵消的技術(shù)等。通過這些技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，在特定的場景下，能消除大部分的自干擾。

3 結(jié)束語

在4G技術(shù)還未全面普及的今天，諸如大規(guī)模MIMO技術(shù)、毫米波通信技術(shù)以及全雙工通信技術(shù)等5G關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)在實踐中得到了驗證，充分表明了移動通信技術(shù)發(fā)展之迅猛。5G技術(shù)的研發(fā)尚處于初期階段，但是在2020年之后便可實現(xiàn)大規(guī)模商用，為用戶帶來新的業(yè)務(wù)體驗。現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入確定5G技術(shù)需求和關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)鍵時期。隨著研究的不斷深入，5G關(guān)鍵技術(shù)將逐步得以明確，未來幾年，5G移動通信技術(shù)將進(jìn)入實質(zhì)性的標(biāo)準(zhǔn)化研究與制定階段。

[1]王軍選.第四代移動通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 電信科學(xué)，2009（3）：12.

Comparison of 4G and 5G Key Technologies

Fan Xiaoyan
State Intellectual Property Office of the Patent Office, Beijing 100088

4G mobile communication technology gradually replaced 2G and 3G mobile communication technology and widely used, so 5G mobile communication technology came into being.The future 5G network is a multi-network,multi-band, multi-standard hybrid network, the relative 4G spectrum efficiency will be significantly improved, countries began to focus on 5G research and development.This article by comparing 4G and 5G important key technology, to achieve 4G to 5G smooth upgrade provides a reference

5G; 4G; key technology; comparison

TN929.5

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1009-6434（2017）3-0119-02