[摘 要] 随着科技的进一步发展，人们对于移动通信技术的要求更高，4G技术在某些方面 还需要继续地进行突破性研究，移动通信技术未来的发展方向将会是5G技术，其技术水平会比4G移动通信技术有很大的提高 。第 5 代移动通信系统 (5G) 是面向 2020 年之后的新一代移动通信系统, 其技术发展尚处于探索阶段。 结合国内外移动通信发展的最新趋势, 本文对 5G 移动通信发展的技术特点集发展趋势进行了分析。

1. 移动通信发展历程

1.1第一代移动通信技术

在 20 世纪 80 年代初出现了第一代移动通信系统， 无论 在任何地方，人们都可以进行通话。 由于第一代移动通信系统 的技术主要是模拟传输，存在一些缺陷，比如，速度比较低，安 全性比较差，而且没有加密技术。

1.2 第二代移动通信技术

在 90 年代初期出现第二代移动通信系统，也就是2G网络。采用数字无线技术，支持客户化应用移动网络增强逻辑、立即计费等功能，并且具有与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，有效提高了语音的质量，具有保密性、广泛性等特点。虽然 2G 技术比第一代移动通信技术完善，但是，由于不断扩大的用户量和网络规模，频率资源根本不够用，语音质量还是低，数据通信速率不高，满足不了移动多媒体业务的客户需求。

1.3 第三代移动通信技术

第三代移动通信系统是 3G 网络，有智能信号处理技术、支持语音和多媒体数据通信技术，实现了真正的通信系统，各种宽带业务遍布世界各地。 但 3G 的频谱使用率还是不高，频谱资源不能完全发挥作用，没有真正达到个人通信和全球通信。

1.4 第四代移动通信技术

第四代移动通信系统是新型的 4G 通信技术，优越性比较强。具有传输数据速度快，高质量的音频、视频和图像等特点，用户对于无线的要求大部分得到了满足，4G 通信技术在传统的通信网络技术的基础上，提高了无线通信的网络效率，达到技术的融合。也就是目前用户使用规模最大的移动通信技术之一。

2 5G移动通信概述

5G 是面向 2020 年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。 根据移动通信的发展规律, 5G 将具有超高的频谱利用率和能效, 在传输速率和资源利用率等方面较 4G 移动通信提高一个量级或更高, 其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。5G 移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合, 构成新一代无所不在的移动信息网络, 满足未来 10 年移动互联网流量增加 1000 倍的发展需求. 5G 移动通信系统的应用领域也将进一步扩展, 对海量传感设备及机器与机器 (M2M) 通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。未来 5G 系统还须具备充分的灵活性, 具有网络自感知、自调整等智能化能力, 以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。

移动互联网的蓬勃发展是 5G 移动通信的主要驱动力。移动互联网将是未来各种新兴业务的基础性业务平台, 现有固定互联网的各种业务将越来越多地通过无线方式提供给用户, 云计算及后台服务的广泛应用将对 5G 移动通信系统提出更高的传输质量与系统容量要求。5G 移动通信系统的主要发展目标将是与其他无线移动通信技术密切衔接, 为移动互联网的快速发展提供无所不在的基础性业务能力。按照目前业界的初步估计, 包括 5G 在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在 3 个维度上同时进行) 通过引入新的无线传输技术将资源利用率在 4G 的基础上提高 10 倍以上) 通过引入新的体系结构 (如超密集小区结构等) 和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高 25 倍左右) 进一步挖掘新的频率资源 (如高频段、毫米波与可见光等), 使未来无线移动通信的频率资源扩展 4 倍左右。

3 5G移动通信的主要特点

1） 5G 研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验, 网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚 拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量 5G 系统性能的关键指标。

2) 与传统的移动通信系统理念不同, 5G 系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码 等经典技术作为核心目标, 而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重 点, 力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高。

3) 室内移动通信业务已占据应用的主导地位, 5G 室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统 优先设计目标, 从而改变传统移动通信系统 “以大范围覆盖为主、兼顾室内” 的设计理念。

4) 高频段频谱资源将更多地应用于 5G 移动通信系统, 但由于受到高频段无线电波穿透能力的限 制, 无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用。

5) 可 “软” 配置的 5G 无线网络将成为未来的重要研究方向, 运营商可根据业务流量的动态变化 实时调整网络资源, 有效地降低网络运营的成本和能源的消耗。

4 5G移动通信的关键技术

5G 移动通信标志性的关键技术主要体现在超高效能的无线传输技术和高密度无线网络 (high den- sity wireless network) 技术。其中基于大规模 MIMO 的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效 率在 4G 的基础上再提升一个量级, 该项技术走向实用化的主要瓶颈问题是高维度信道建模与估计以及复杂度控制。全双工 (full duplex) 技术将可能开辟新一代移动通信频谱利用的新格局。其中，超密集网络 (ultra dense network, UDN) 已引起业界的广泛关注。

4.1大规模MOMO技术

多天线技术作为提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段, 已经应用于多种无线通信系统。根据信息论, 天线数量越多, 频谱效率和可靠性提升越明显。尤其是, 当发射天线和接收天线数量很大时, MIMO 信道容量将随收发天线数中的最小值近似线性增长。因此, 采用大数量的天线, 为大幅度提高系统的容量提供了一个有效的途径。由于多天线所占空间、实现复杂度等技术条件的限制, 目前的无线通信系统中, 收发端配置的天线数量都不多。但由于其巨大的容量和可靠性增益, 针对大天线数的 MIMO 系统相关技术的研究吸引了研究人员的关注。在2010 年, 贝尔实验室的 Marzetta 研究了多小区、TDD (time division duplexing) 情况下, 各基站配置无限数量天线的极端情况 的多用户 MIMO 技术, 提出了大规模 MIMO (large scale MIMO, 或者称 Massive MIMO) 的概念, 发现了一些与单小区、有限数量天线时的不同特征。之后, 众多的研究人员在此基础上研究了基站配置有限天线数量的情况。在大规模 MIMO 中, 基站配置数量非常大 (通常几十到几百根, 是现有系 统天线数量的 12 个数量级以上) 的天线, 在同一个时频资源上同时服务若干个用户。在天线的配置方式上, 这些天线可以是集中地配置在一个基站上, 形成集中式的大规模 MIMO, 也可以是分布式地 配置在多个节点上, 形成分布式的大规模 MIMO。

大规模 MIMO 带来的好处主要体现在以下几个方面: 第一, 大规模 MIMO 的空间分辨率与现有 MIMO 相比显著增强, 能深度挖掘空间维度资源, 使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模 MIMO 提供的空间自由度与基站同时进行通信, 从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率。第二, 大规模 MIMO 可将波束集中在很窄的范围内, 从而大幅度降低干扰。第三, 可大幅降低发射功率, 从而提高功率效率。第四, 当天线数量足够大时, 最简单的线性预编码和线性检测器趋于最优, 并且噪声和不相关干扰都可忽略不计。

4.2超密集网络技术

在超密集异构网络中, 网络的密集化使得网络节点离终端更近, 带来了功率效率、频谱效率的提升, 大幅度提高了系统容量, 以及业务在各种接入技术和各覆盖层次间分担的灵活性. 虽然超密集异构网络展示了美好的前景, 由于节点之间距离的减少, 将导致一些与现有系统不同的问题。在 5G网络中, 可能存在同一种无线接入技术之间同频部署的干扰、不同无线接入技术之间由于共享频谱的干扰、不同覆盖层次之间的干扰, 如何解决这些干扰带来的性能损伤, 实现多种无线接入技术、多覆 盖层次之间的共存, 是一个需要深入研究的重要问题; 由于近邻节点传输损耗差别不大, 可能存在多个强度接近的干扰源, 导致更严重的干扰, 使现有的面向单个干扰源的干扰协调算法不能直接适用于 5G 系统; 由于不同业务和用户的 oS (quality of service) 要求的不同, 不同业务在网络中的分担、各类节点之间的协同策略、网络选择、基于用户需求的系统能效最低的小区激活、节能配置策略是保证系统性能的关键问题。为了实现大规模的节点协作, 需要准确、有效地发现大量的相邻节点; 由于小区边界更多、更不规则, 导致更频繁、更为复杂的切换, 难以保证移动性性能, 因此, 需要针对超密集网络场景发展新的切换算法; 由于用户部署的大量节点的突然、随机的开启和关闭, 使得网络拓扑和干扰图样随机、大动态范围地动态变化, 各小站中的服务用户数量往往比较少, 使得业务的空间和时间分布出现剧烈的动态变化, 因此, 需要研究适应这些动态变化的网络动态部署技术; 站点的密集部署将需要庞大、复杂的回传网络, 如果采用有线回传网络, 会导致网络部署的困难和运营商成本的大幅度增加。为了提高节点部署的灵活性, 降低部署成本, 利用和接入链路相同的频谱和技术进行无线回传传输, 是解决这个问题的一个重要方向。无线回传方式中, 无线资源不仅为终端服务, 而且为节点提供中继服务, 使无线回传组网技术非常复杂, 因此, 无线回传组网关键技术, 包括组网方式、无线资源管理等是重要的研究内容。

5 当前5G移动通信的发展趋势

随着人们对于移动通信技术要求的提高，5G通信技术将很快成为新的移动通信技术的标准，根据相关研究人员的预测，5G移动通信技术在2020年左右，将会成为新的通信技术标准，将会构成第五代移动通信系统。以往的2G、3G以及4G移动通信技术都在各自的 时代发挥了重要的作用，从他们的技术发展轨迹来看，5G技术应该比它们有着更加明显的突破，其利用能效和利用效率应该会有非常显著的提高，4G移动通信技术是当前的移动通信标准，其各方面的技术指标 基本达到了当下的使用要求，但是依旧在传输质量、 帮助作用安全性等方面存在的一定缺陷，某些技术层面的用户体验也存在着一定的问题。在进行5G移动通信技术研发的时候，要对其他通信技术高度的重视，使它们能够和5G技术科学整合起来，为世界构造更加先进、更加实用的移动通信网络。

相比较以往的通信技术，5G 移动通信技术将会更加地重视整个通信系统传输效率的提高，随着各种智能化技术的不断突破，将会用更多的高科技手段应用于5G移动通信技术中，5G移 动通信系统的智能化程度将会更高，能够对数量庞大 的数据量进行快速的传输和处理，在5G移动通信技术 中，将会更加地重视用户体验问题，以往的通信技术存在着信号不稳定、速度慢等问题，这都将在5G移动通信技术中得到满意的解决，尽量地去提高用户的使用要求。

随着移动通信技术的进一步发展，在5G移动通信 技术的背景下，网络通信的整体环境将会更加科学、 合理，这就会带动一大批移动业务的快速发展，而要支撑这些移动业务的快速发展，就必须要有相对应的 移动网络，这也将会是衡量5G移动通信技术的重要标 准之一，5G移动通信技术继承了4G移动通信技术覆盖面广的特点，同时又高度重视室内的移动通信信号问题，这就基本上实现整个通信信号的全方位覆盖，这将会为移动网络的进一步发展提高强度的技术支撑。

总结

随着科学技术的不断推进，相关的研究单位对于 5G移动通信技术有了更加深入的研究，根据当前的进度，5G移动通信技术大约在2020年左右会开始商用， 5G移动通信技术一旦技术成熟，正式地商用，那么将会给用户带来更加舒适的使用体验，从而满足人们对于移动通信技术要求的提高。

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