1、现代信息科学技术前沿讲座论文成绩：题目：5G 移动通信的关键技术学号：12014242126姓名：马永亮班级：2014 级通信工程二班学院：物理与电子电气工程第 0 页5G 移动通信的关键技术（马永亮 12014242126 2014 级 2 班）【摘要】移动通信（Mobile Communications）沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的通信方式。移动通信经过发展，由 1G、2G、3G（高铁技术） 、4G，直到现在的5G，为充分把握 5G 技术命脉，确保与时俱进，国家和相关企业机构积极投入到 5G 关键技术的跟踪梳理与研究工作当中，提出了关键的 6 大技术。【关键词】移动通信 5
2、G 移动通信 传输速度 关键技术一、移动通信与发展1、移动通信移动通信（mobile communications）沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的通信方式。例如：同定点与移动体(车辆、船舶、飞机)之间、移动体之间、活动的人与人之间以及人与移动体之间的通信 都属于移动通信的范畴。按照移动体所处的区域不同，移动通信可以分为陆地移动通信、海上移动通信和空中移动通信。而目前使用的移动通信系统有航空航天移动通信系统、航海移动通信系统、陆地移动通信系统和国际卫星移动通信系统 INMARSAT。其中陆地移动通信系统又包括无线寻呼系统、无绳电话系统、集群移动通信系统和蜂窝移动通信系统。【1】2、
3、移动通信的发展历程第一代第一代移动通信系统(1G)是在 20 世纪 80 年代初提出的，它完成于 20 世纪90 年代初，如 NMT 和 AMPS，NMT 于 1981 年投入运营。第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、安全性差、没有加密和速度低。1G 主要基于蜂窝结构组网，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约24kbit/s。不同国家采用不同的工作系统。第二代第二代移动通信系统(2G)起源于 90 年代初期。欧洲电信标准协会在 1996年提出了 GSM Phase 2+，目的在于扩展和改进 GSM Phase 1 及 Phase 2 中原定的业务和性能。它主要包括 C
4、MAEL(客户化应用移动网络增强逻辑)，S0(支持最佳路由)、立即计费，GSM 900/1800 双频段工作等内容，也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，使得话音质量得到了质的改进；半速率编解码器可使 GSM 系统的容量提近一倍。第三代第三代移动通信系统(3G)，也称 IMT 2000，其最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如 WCDMA 的传输速率在用户静止时最大为 2Mbps，在用户高速移动是最大支持 144Kbps，说占频带宽度 5MHz
5、 左右。第 1 页在国际移动通信领域，国际电联对 3G 网络有其最低的要求和标准，即：在高速移动的地面物体上，3G 网络所能提供的数据业务为 64144kb/s，要能够适应 500km/h 的移动环境。针对该标准，我国现行的 3 种 3G 网络中，WCDMA 和CDMA2000 主要采用“软切换”技术，能够实现移动终端在时速 500km 时的正常通信，即能够实现在与另一个新基站通信时，首先不中断跟原基站的联系，而是在跟新的基站连接好后，再中断跟原基站的连接，这也是 3G 网络优于 2G 网络的一个突出特点；WCDMA 技术已经解决了高速运动物体的无缝覆盖问题；此外，TD-SCDMA 也对高铁通
6、信的覆盖方案进行了研究。 因此，3G 移动通信网络在技术层面上已经具有为高铁提供通信保障的基本条件，为我国高铁发展过程中移动通信问题的完满解决奠定了坚实基础。第四代4G 是第四代移动通信及其技术的简称，是集 3G 与 WLAN 于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。 4G系统能够以 100Mbps 的速度下载，比拨号上网快 2000 倍，上传的速度能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G 与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G
7、 可以在 DSL 和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。 很明显，4G有着不可比拟的优越性。 【2】二、我国 5G 移动通信的提出5G 是新一代宽带移动通信发展的主要方向，随着 4G/LTE 进入规模商用，以及移动互联网和物联网的快速发展，全球产业界已将研发重点转向 5G。从国际发展态势来看，2015 年，5G 技术全球发展亦进入到技术研发和标准化准备的关键时期，ITU（国际电联）已完成第五代移动通信定名、愿景及时间表等关键内容，并于 2015 启动 5G 标准前研究。2015 年 2 月 11 日下午消息，IMT-2020(5G)推进组（以下简称“推进组” ）在北京召
8、开 5G 概念白皮书发布会。推进组组长、中国信息通信研究院院长曹淑敏介绍了推进组在 5G 需求、技术、频谱及国际合作等方面取得的重要阶段性研究成果。中国信息通信研究院罗振东博士代表推进组，发布了推进组 5G 概念白皮书。白皮书从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发，归纳出连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个 5G 主要技术场景。同时，结合 5G 关键能力与核心技术，提出了由“标志性能力指标+一组核心关键技术”共同定义的 5G 概念。IMT-2020(5G)推进组于 2013 年 2 月由工信部、发改委和科技部联合推动成立，目前已有 56 家成员单位，涵盖国内移
9、动通信领域产学研用主要力量，是推动国内 5G 技术研究及国际交流合作的主要平台。三、5G 移动通信的优点第一，全新应用。5G 网络的普及将使得包括虚拟现实和增强现实这些技术成为主流。其中，增强现实可以将包括出行方向、产品价格或者对方名字等信息投射在用户视野中，比如可以投射在汽车的前挡风玻璃上，这对我们的出行居住带第 2 页来了极大的方便。虚拟现实则可以在用户视野内创造出一个完全虚拟的场景，而无论是虚拟现实还是增强现实，都对数据获取速度有着极高的要求。第二，即时满足。4G 网络下的最快下载速度大约是每秒 150MB，但 5G 网络的最快下载速度则达到了每秒 10GB。换句话说，我们仅需 4 秒钟
10、就可以下载完一部 3D 电影，而 4G 网络下则需要 6 分钟。即 5G 通信的信息传送速度是非常快的。第三，瞬时响应。除了可以在单位时间内传输更多数据以外，5G 还可以大幅缩短数据开始传输前的等待时间。我们在 4G 网络观看视频前等待数秒是常见的，但如果在自动驾驶汽车行驶时碰到数据延迟就完全不能接受了。具体来说，就目前 4G 网络而言，该网络通常需要 15-25 毫秒的时间将数据传输给可能发生碰撞的车辆，然后车辆才会开始紧急制动。但在未来的 5G 网络下，这一数据的传输时间将仅为 1 毫秒。四、5G 移动通信关键技术作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心（以下简称监测中心）正积极参与
11、到 5G 相关的组织与研究项目中。目前，监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构（SOA）的开放式电磁兼容分析测试平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。面向 5G 关键技术评估工作，监测中心计划利用该平台搭建 5G 系统测试与验证环境，从而实现对 5G 各项关键技术客观高效的评估。为充分把握 5G 技术命脉，确保与时俱进，监测中心积极投入到 5G 关键技术的跟踪梳理与研究工作当中，为 5G 频率规划、监测以及关键技术评估测试验证等工作提前进行技术储备。下面对其中一些关键技
12、术进行简要剖析和解读。【3】关键技术 1：高频段传输移动通信传统工作频段主要集中在 3GHz 以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持 5G 容量和传输速率等方面的需求。高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工
13、作。高频段资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。关键技术 2：新型多天线传输多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D） ，从高阶MIMO 到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G 技术重要的研究方向之一。由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到 128 根。此外，原来的 2D 天线阵列拓展成为 3D 天线阵列，形成新颖的 3D-MIMO 技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一第 3 页步改善无线信号覆盖性能。目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与
14、建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多的用户空分多址（SDMA） ，显著降低发射功率，实现绿色节能，提升覆盖能力。关键技术 3：同时同频全双工最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的 TDD 和 FDD 双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高 1 倍。全双工技术能够突破 FDD 和 TDD 方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双
15、工技术的应用难度更大。关键技术 4：D2D传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。D2D 技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D 能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。目前，D2D 采用广播、组播和单播技术方案，未来
16、将发展其增强技术，包括基于 D2D 的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。关键技术 5：密集网络在未来的 5G 通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G 的 1000 倍流量需求的主要手段之一。超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区/扇区将高达 100 个以上。与此同时，愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂
17、，小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是目前密集网络方面的研究热点。关键技术 6：新型网络架构目前，LTE 接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。未来 5G 可能采用 C-RAN 接入网架构。C-RAN 是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RAN 的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN 架构适于
18、采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营支出。目前的研究内容包括 C-RAN 的架构和功能，如集中控制、第 4 页基带池 RRU 接口定义、基于 C-RAN 的更紧密协作，如基站簇、虚拟小区等。 【4】全面建设面向 5G 的技术测试评估平台能够为 5G 技术提供高效客观的评估机制，有利于加速 5G 研究和产业化进程。5G 测试评估平台将在现有认证体系要求的基础上平滑演进，从而加速测试平台的标准化及产业化，有利于我国参与未来国际 5G 认证体系，为 5G 技术的发展搭建腾飞的桥梁。五、5G 移动通信的现状与展
19、望2013 年 10 月，我国启动了国家 863 计划“第五代移动通信系统研究开发”项目，投入 1.6 亿元人民币，在 2020 年之前，系统地研究 5G 移动通信体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术，完成性能评估及原型系统设计，进行技术试验与测试。实现支持业务总速率10Gbps，将目前 4G 系统的频谱、功率效率提升 10 倍，满足未来 10 年移动互联网流量增加 1000 倍的发展需求。目前，此项目参加单位除了国内 55 家通信企业、学术研究机构外，还首次吸纳了三星、诺西、爱立信公司等数家国际企业作为研发合作伙伴，5G 研究正在成为全球移动通信领域新一
20、轮技术竞争焦点。华为测试 5G 无线技术5G 成为通信产业的热门话题，在西班牙巴塞罗那举行的 2014 年世界移动通信大会（2014 MWC）上，5G 也成为热点。华为 5G 团队在 5G 空口技术，虚拟化接入技术以及新射频技术等方面积极开展断裂技术研究并取得重大突破，有力推动 5G 的发展。基于灵活的自适应软定义的空口设计，极大的提升频谱效率并缩短传输时延，满足 5G 未来多样的业务需求；在空口新波形设计上，开展基于 SCMA 和可变子载波的非正交接入技术研究，并取得突破，完成概念原型验证，有效提升频谱效率以及离散频谱的使用，满足定制物联网业务的部署以及大带宽下实现虚拟现实等高带宽的业务需求
21、，同时，实现网络的自适应定制化，满足部署各类创新的应用需求。在 5G 空口架构上，实现抗多径大带宽的全双工传输技术研究和原型，测试结果表明可以节省将近 2 倍的频谱资源，为 5G 时代将 TDD 和 FDD 频谱统一使用奠定基础。华为在 5G 基站原型系统中，创新引入全新的全数字化射频架构，天线与射频单元高度集成的 Radiotenna 技术，以及复杂的中射频算法，有效提升蜂窝频段和更高频段动态使用的频谱效率，领先实现传统蜂窝频段下的 50-100Gbps 容量的 5G 基站原型系统，以及 71-76GHz 和 81-86GHz 频段超过100Gbps 的原型系统验证。中兴发布 5G 白皮书
22、展示下一代移动远景中兴通讯于 2014 年 2 月发布了 5G 白皮书，其中描述了超大数据流量网络给消费者和企业实现了在广泛的日常生活和工作中可以即时按需接入实时应用和获取信息，将数字世界和物理世界合二为一。据中兴通讯白皮书5G - 驱动现实和数字世界融合 ，5G 除了能使人与人之间实现无缝连接，也能够加强“人与物”及“物与物”之间的高速连接，创建一个新的数字生态系统，驱动网络流量加速增长。5G 将是 M-ICT 时代最重要的基础，其发展方向以“人的体验”为中心，在终端、无线、网络、业务等领域进一步融合及创新。同时，5G将为“人”在感知、获取、参与和控制信息的能力上带来革命性的影响。5G 的第
23、 5 页服务对象将由公众用户向行业用户拓展，5G 网络将吸收蜂窝网和局域网的优秀特性，形成一个更智能、更友好，更广泛用途的网络。此外，欧盟，美国，韩国和日本等国家也相继推出了关于 5G 建设的方案，通过政府与科研机构，通信研究机构的合作，正逐步的对 5G 技术进行研究和设计，稳步前行。各国预计在 2020 年左右实行 5G 移动通信技术的商用。5G 的发展形势一片大好。参考文献1蔡跃明.现代移动通信（第二版）M.北京：机械工业出版社，2010.2高健.移动通信技术（第二版）M.北京：机械工业出版社，2012.3冯岩.5G 研发 争分夺秒EB/OL.http:/ 移动通信的关键技术分析J.智能城市,2016(8):301-302.
