5G 移动通信关键技术综述
蒋红梅，伍玉霞
（桂林电子科技大学信息科技学院，广西    桂林    541004 ）
摘　要：随着 4G 的全球商用，5G 将发展为新一代无线移动通信系统，业界致力于 2020 年全面展开商用，目前该技术仍处于探索研发阶段。结合国内外通信的最新发展趋势，简要阐述了国内 5G 的研究进展，重点论述了支撑 5G 通信的“4+1”关键技术，包括大规模 MIMO、新型多址、超密集组网、全频段技术及全新网络架构。
关键词：移动通信； 5G； 关键技术
中图分类号：TN929.5                     文献标识码：A                  文章编号：1008-3545(2015)04-0001-03

1　引言
随着用户需求的飞速膨胀，移动通信技术不断地进行更新换代，已从2G发展到3G，并且4G也进入规模商用阶段，当前正在研究的5G（Fifth Generation，第五代移动通信）作为新一代无线移动通信网络，是4G技术的延伸。与4G相比，5G在传输速率和资源利用率等方面将有显著的提高，其覆盖能量、传输质量、系统安全保障和用户速率体验也将进一步提高。5G的实现，将通过物联网实现与医疗、教育、物流等其他系统相融合，支持更多的应用场景和实现万物互通互联；将会满足人们对数据流量激增的需求和提供高带宽的上网应用；将会提供更灵活可靠的网络连接和更智能化的网络管理来提升用户业务体验[1]。

2　5G 研究进展

5G已成为国内外移动通信领域的研究热点，5G的研发也在国内外如火如荼地展开。欧盟METIS、韩国5G论坛、日本ARIB、中国IMT-2020 (5G)推进组等组织已经开始对5G愿景、关键技术、标准化等方面进行了前期研究。目前国外爱立信、诺基亚和三星企业，以及我国的华为、中兴、大唐、移动企业和电信研究院等单位都致力于5G的研发。我国对5G的研发最早于2012年年初，当时成立了IMT-2020（5G）推进组，并启动了5G研发项目。2013年5月在北京召开5G峰会，会上提出了“5G愿景展望”。 2014年5月发布第一份5G白皮书 ——《5G愿景与需求白皮书》，这标志着5G将成为整个通信行业最热门的话题。2015年5月对5G概念和技术框架、关键技术研发及频谱研究等方面进行探讨，同时，2015年9月召开了5G技术研讨会，11月举办了未来5G信息通信技术国际峰会，该会宣布对5G接入网需求、信道模型等方面进行前期基本研究。我国计划于2016年启动性能需求研究，2017年主要征集5G候选技术提案，2018~2019年实现技术规范和评估方案， 2020年实现5G初期标准化。

3　5G移动通信关键技术

对于支撑5G无线通信的关键技术，IMT-2020推进组提出了“4+1”关键技术，即“大规模MIMO、新型多址、超密集组网、全频段技术”+ 全新网络架构。

3.1　大规模MIMO
在无线通信系统中，多天线技术具有提高系统频谱效率和传输可靠性的优势，同时，频谱效率和传输性能跟天线数目成正比，当频谱资源和天线发射功率保持不变时，发射和接收端都可以配置多根天线来成倍提高系统容量，这就是多输入多输出技术（MIMO）。目前无线通信系统中，收发端配置的天线数量都非常少，而大规模多输入多输出(Large Scale / Massive MIMO) 是非常多的天线集中配置在一个基站上，可以在同一时间同一频率（同时同频）的资源上实现多个用户同时无干扰通信。与当前MIMO相比，其具有明显的优势：
(1)较强的空间分辨率，大规模MIMO能满足多
个用户与单个基站在同一时频上同时进行通信。
(2)大规模 MIMO 可实现多波束的智能赋型，可使定向和波束赋形能力更强，将显著提高频谱效率、降低发射功率。

(3)基站配置天线数目较多时，线性预编码和检测器将达到最佳性能状态。但目前大规模 MIMO 技术研究存在局限性：未存在实际应用场景的信道模型、信号检测和预编码技术复杂度高、存在导频污染等，这些问题需要不断地深入研究和完善[2,3]。 3.2　新型多址
5G系统中选择基于滤波器组的多载波技术（Fil-ter Bank based Multicarrier，FBMC）作为新型多址技术，该技术利用四维的时域/频域/码域/空域叠加传输信号来提升系统频谱效率和容纳更多的用户。该技术能解决5G系统中所面临的多径干扰和通信高速率传输与均衡接收技术之间的问题，虽然它采用时域非矩形脉冲能有效提高通信的整体性能，但它在实际应用中存在着缺陷。现有的信道估计、同步以及快速算法等与该技术相融合，其实现难度将会增加，同时，由于调制滤波器与原型滤波器的设计决定了多载波的性能，并且为了满足频率响应特性，需要原型滤波器的长度远远超出子信道数量。这导致5G系统中FBMC技术难以在硬件上实现，其中，5G的滤波器组快速算法研究是FBMC技术的关键内容[2,4,5]。
3.3　超密集组网

未来5G通信网络将以多元化、宽带化、智能化为发展方向。智能终端的普及、互联网及物联网的快速发展，将会促使5G上网数据流量呈爆发式增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点密集地区，而密集组网技术可实现数据流量增长将达到当前流量的1 000倍，能解决密集地区的数据传输问题。超密集网络能大幅度提高网络功率和频谱效率，扩大网络覆盖范围及扩展系统容量，并且业务分流时具有灵活的网络部署。该技术与全频段技术相结合将能实现小小区或者扇区数目超过一百个以上。

密集网络构架虽然在提高数据流量方面具有很大的发展前景，但是越发密集的网络部署将导致网络拓扑结构更复杂，小区间干扰尤其是信道干扰将严重制约该网络性能；小区密度的增加和基站间距的减小将导致越区切换次数和切换失败率显著增加，严重影响用户的正常使用。我国电信技术创新中心采用虚拟层技术来实现超密集网络构建，利用多层虚拟网络来解决干扰与切换问题，该技术被IMT-2020 (5G)推进组认可并写入到《5G无线技术架构》白皮书。

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