盧新宇

摘? ?要：隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，5G通信技術(shù)已經(jīng)如約而至，然而仍然存在許多關(guān)鍵技術(shù)尚未突破，需要進(jìn)一步研究。結(jié)合國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信的最新發(fā)展趨勢(shì)，文章對(duì)5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究進(jìn)展以及5G通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單綜述，希望5G早日完成技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信;5G;關(guān)鍵技術(shù);研究進(jìn)展

在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)中，移動(dòng)通信的發(fā)展對(duì)人們的生活、生產(chǎn)、工作、娛樂(lè)乃至政治、經(jīng)濟(jì)和文化都產(chǎn)生了深刻的影響，30年前幻想中的無(wú)人機(jī)、智能家居、網(wǎng)絡(luò)視頻、網(wǎng)上購(gòu)物等均已實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了模擬傳輸、數(shù)字語(yǔ)音傳輸、互聯(lián)網(wǎng)通信、個(gè)人通信、新一代無(wú)線移動(dòng)通信5個(gè)發(fā)展階段。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，5G將實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物的交互體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)人與萬(wàn)物快速地互通互聯(lián)[1]。

1? ? 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程

1G采用蜂窩系統(tǒng)的頻多分址技術(shù)信道按需分配，且不能被其他用戶共享，主要蜂窩系統(tǒng)包括AMPS，NMT，Hiccup，CDPD，Mobitex，TACS和ETACS等。由于采用模擬系統(tǒng)，滿足人們無(wú)線移動(dòng)通行的同時(shí)，移動(dòng)電話容易被竊聽。

2G采用時(shí)分多址接入技術(shù)。主要包括USDC和GSM多址接入技術(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)包括GSM，iDEN，USDC，IS-95，PDC，CSD，PHS，GPRS，HSCSD和WiDEN等[2]。這種固定分配方式的多址接入?yún)f(xié)議最大的缺點(diǎn)是當(dāng)有的站沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，分配給它的那些時(shí)間片就會(huì)白白地浪費(fèi)掉，即使某一個(gè)站可能有大量的待發(fā)數(shù)據(jù)，它也無(wú)法使用屬于別的站的空閑時(shí)間片，雖然滿足了人們對(duì)數(shù)字移動(dòng)的需求，但傳輸速度很慢、能耗過(guò)高。

3G采用碼分多址技術(shù)。主要提高了通信寬帶的速率和語(yǔ)音通話的安全性，其通信寬帶速率大于500 Kb/s，能夠滿足人們手機(jī)上網(wǎng)速率的要求，然而播放高清視頻速度慢、畫面不穩(wěn)定、不清楚，目前有WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA 3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

4G采用正交頻分復(fù)用技術(shù)和多天線技術(shù)融合。能夠像高清晰度電視一樣，傳輸高質(zhì)量的圖像和視頻。其上網(wǎng)速度比撥號(hào)上網(wǎng)提高了2 000倍，傳輸速度可達(dá)到20 Mbps，基本能夠滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸和下載速度的要求。

5G采用多種新型無(wú)線接入技術(shù)，是與目前4G無(wú)線接入技術(shù)的融合和集成。其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：峰值網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)到10 Gbps，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度比4G快10～100倍;網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延達(dá)到1 ms;頻譜效率5～10倍，能夠承載1 000億個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，將是一個(gè)更加廣闊和開放的網(wǎng)絡(luò)世界;流量密度提升1 000倍，與4G相比，成本、能耗和安全性得到大幅度提高[4]。

5G應(yīng)用遠(yuǎn)景如圖1所示。

2? ? IMT—2020推進(jìn)組關(guān)于5G的研究進(jìn)展

IMT—2020（5G）推進(jìn)組是在2013年2月由工業(yè)和信息化部、發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部共同支持下，聯(lián)合國(guó)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研界多方技術(shù)力量，共同成立的5G移動(dòng)通信技術(shù)研究組織。成員主要有中國(guó)信息通信研究院、中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司、華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司和大唐電信科技股份有限公司等。

IMT—2020推進(jìn)組5G試驗(yàn)計(jì)劃分3步，第一步是為5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，主要目標(biāo)是參與5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，時(shí)間為2016—2018年;第二步是5G產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)，主要目標(biāo)是開展5G商用測(cè)試，時(shí)間為2018—2020年年底;第三步是2020年以后實(shí)現(xiàn)5G通信大規(guī)模正式商用。

在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)研發(fā)中，中興通訊的MUSA方案，能夠讓系統(tǒng)在相同的時(shí)頻資源下支持3～6倍的用戶接入數(shù)，極大降低了終端功耗，能夠?qū)崿F(xiàn)9 000萬(wàn)連接數(shù)/MHz/h。目前，中興通訊已聯(lián)合西班牙電話公司Telefonica完成了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和承載測(cè)試，與法國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商Orange于2018年在歐洲進(jìn)行多站點(diǎn)5G獨(dú)立組網(wǎng)架構(gòu)測(cè)試，與中國(guó)電信在雄安、蘇州開展了首批5G預(yù)商用測(cè)試，與中國(guó)聯(lián)通建設(shè)的首個(gè)5G NR新空口外場(chǎng)測(cè)試站點(diǎn)也完成了業(yè)務(wù)驗(yàn)證[5]。

3? ? 5G通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

5G通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)主要包括超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、終端直通技術(shù)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。

3.1? 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（Ultra Dense Deployment，UDN）技術(shù)主要解決網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、高容量、智能化和綜合化等問(wèn)題。如減小小區(qū)半徑、增加低功率節(jié)點(diǎn)數(shù)量，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋等問(wèn)題。大幅度提高系統(tǒng)容量將作為重點(diǎn)研究方向，該問(wèn)題的解決將有助于大幅度提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量[6]。

3.2? 終端直通技術(shù)

終端直通技術(shù)（Device to Device，D2D）是借助于WiFi等現(xiàn)有成熟設(shè)備和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接通信技術(shù)，不需要經(jīng)過(guò)中間設(shè)備和終端設(shè)備[7]，用戶既是伺服器又是客戶端，D2D技術(shù)節(jié)省了大量的無(wú)線通信信號(hào)資源。如在車聯(lián)網(wǎng)中采用D2D技術(shù)，可以避免大量信號(hào)堵塞和碰撞，從而提高信號(hào)的可靠性能。

3.3? 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Self-Organizing Network，SON）是一種能夠提供終端相互通信的多跳、自治網(wǎng)絡(luò)，其架構(gòu)主要有集中式、分布式、混合式3種。其中，集中式架構(gòu)具有控制范圍廣、沖突小等優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)行速度慢、算法復(fù)雜。分布式主要通過(guò)SON發(fā)布在eNB上實(shí)現(xiàn)，效率高、控制性好，但協(xié)調(diào)困難?；旌鲜绞巧鲜鰞煞N方式的融合，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)復(fù)雜。目前，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的SON技術(shù)是重點(diǎn)研究方向[8]。

3.4? 軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）是通過(guò)軟件將控制與數(shù)據(jù)分開控制管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)和分離[9]。主要由應(yīng)用層、控制層、基礎(chǔ)設(shè)施層構(gòu)成，其中，核心層是全網(wǎng)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的中心。它能夠?qū)崿F(xiàn)用戶屬性、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)需求、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)等功能，能夠減少資源配置錯(cuò)誤，使網(wǎng)絡(luò)更加智能化。

3.5? 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）是一種虛擬智能分布式網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)智能分析就近訪問(wèn)，避免了互聯(lián)網(wǎng)繁忙信息傳輸通道，從而使信號(hào)傳輸更加快捷、穩(wěn)定和安全。目前主要有單中心節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多中心節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3種形式。

3.6? 新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架技術(shù)

新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架技術(shù)（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）是一種新型無(wú)線接入架構(gòu)方式，它是無(wú)線電、云計(jì)算和集中處理技術(shù)的耦合，是未來(lái)5G接入網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架主要方式。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無(wú)線電網(wǎng)的架構(gòu)。C-RAN主要通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)在中心節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端天線之間進(jìn)行信號(hào)的高速傳輸，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無(wú)線接入系統(tǒng)。其架構(gòu)能夠減少干擾，降低功耗，提升頻譜效率，有利于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù)，減少運(yùn)營(yíng)成本。研究的主要內(nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制，基帶池RRU借口定義，基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等[10]。

3.7? 全雙工技術(shù)

同時(shí)同頻全雙工技術(shù)（Full Duplex Technology，F(xiàn)DT）是指在相同的頻譜上，通信的收發(fā)方同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)。與傳統(tǒng)雙工模式中的頻分雙工（Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD）和時(shí)分雙工（Time Division Duplexing，TDD）比較，可使空口頻譜效率提高1倍，具備更高的干擾消除能力，同頻同時(shí)全雙工是一項(xiàng)極具潛力的新興無(wú)線通信技術(shù)，已受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注[11]。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)移動(dòng)通信發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單的綜述，重點(diǎn)評(píng)述了目前5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。移動(dòng)通信經(jīng)歷了1G，2G，3G和4G的發(fā)展和運(yùn)行，5G的速度比4G快100倍，將能夠滿足快速發(fā)展的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的需求。隨著5G技術(shù)完善、成熟和應(yīng)用，相信在2020年左右可完全實(shí)現(xiàn)5G的商業(yè)化。

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Abstract：With the rapid development of communication technology， 5G communication technology has come as promised， but there are still many key technologies that have not yet been broken through， which need to be further studied. Combined with the latest development trend of mobile communication at home and abroad， this paper briefly summarizes the research progress of 5G communication network technology and the key technologies of 5G communication network. It is hoped that 5G will complete the technological breakthrough and realize industrialization as soon as possible.

Key words：mobile communication; 5G; key technologies; research progress