崔會(huì)晨　王柏伊

摘要：2019年6月6日，工信部正式向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電發(fā)放5G的商用牌照，中國(guó)正式進(jìn)入5G的商用元年。中國(guó)移動(dòng)表示，5G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速預(yù)計(jì)比4G要快40倍，擁有更低的延時(shí)，并且5G還可以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

關(guān)鍵詞：5G;移動(dòng)通信技術(shù);普及;發(fā)展前景

一、5G的概述

5G的全稱為第五代移動(dòng)通信技術(shù)。5G將不同于傳統(tǒng)的幾代移動(dòng)通信，5G并不是獨(dú)立的，全新的無(wú)線接入技術(shù)，而是對(duì)現(xiàn)有無(wú)線接入技術(shù)的技術(shù)演進(jìn)，以及一些新增的補(bǔ)充性無(wú)線接入集成后解決的總稱。并且5G擁有更高速率，更大帶寬，更強(qiáng)能力的空口技術(shù)，更是面向業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶體驗(yàn)的智能網(wǎng)絡(luò);它將是一個(gè)多業(yè)務(wù)多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)技術(shù)的演進(jìn)與創(chuàng)新，滿足未來(lái)包含廣泛數(shù)據(jù)和連接的各種業(yè)務(wù)的快速發(fā)展需要，提升用戶體驗(yàn)。5G之前的移動(dòng)通信是一種以人為中心的通信，而5G將圍繞人和周圍的事物，是一種萬(wàn)物互聯(lián)的通信。5G需要考慮Internet of Things業(yè)務(wù)（如汽車通信和工業(yè)控制等M2M業(yè)務(wù)），IoT帶來(lái)海量的數(shù)據(jù)連接，5G對(duì)海量傳感設(shè)備及機(jī)器通信（M2M，MTC（Machine Type Communication））的支撐能力將成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。以IoT為代表的一些新型業(yè)務(wù)也成為5G的亮點(diǎn)，特別是自動(dòng)駕駛和工業(yè)控制。

二、5G移動(dòng)通信六大關(guān)鍵技術(shù)

1.高頻段傳輸

移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。并且高頻段在移動(dòng)通信中的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)界對(duì)此高度關(guān)注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動(dòng)通信的主要優(yōu)點(diǎn)，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)。射頻器件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題也有待進(jìn)一步研究和解決。監(jiān)測(cè)中心目前正在積極開展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。

2.新型多天線傳輸、

多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源，從二維（2D）到三維（3D），從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。由于引入了有源天線陣列，基站側(cè)可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達(dá)到128根。此外，原來(lái)的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術(shù)，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結(jié)合高頻段毫米波技術(shù)，將進(jìn)一步改善無(wú)線信號(hào)覆蓋性能。

3.同時(shí)同頻全雙工

該技術(shù)，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。全雙工技術(shù)能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術(shù)需要具備極高的干擾消除能力，這對(duì)干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問(wèn)題。在多天線及組網(wǎng)場(chǎng)景下，全雙工技術(shù)的應(yīng)用難度更大。

4.D2D

傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式是以基站為中心實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無(wú)法移動(dòng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務(wù)提供方式已無(wú)法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求。

D2D技術(shù)無(wú)需借助基站的幫助就能夠?qū)崿F(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時(shí)延和較低的功耗;通過(guò)廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用;支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。

5.密集網(wǎng)絡(luò)

在5G通信中，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。未來(lái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實(shí)現(xiàn)未來(lái)5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來(lái)，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)100個(gè)以上。與此同時(shí)，愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長(zhǎng)的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點(diǎn)。

6.新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LTE接入網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)，減小了系統(tǒng)時(shí)延，降低了建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。未來(lái)5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無(wú)線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的綠色無(wú)線接入網(wǎng)構(gòu)架。C-RAN的基本思想是通過(guò)充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無(wú)線信號(hào)，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)。C-RAN架構(gòu)適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù)，減少運(yùn)營(yíng)支出。目前的研究?jī)?nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等。

三、5G的普及

在本次實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)大眾對(duì)5G的認(rèn)知程度較弱，一般只知道5G可以提高網(wǎng)速，使得玩游戲看劇不會(huì)出現(xiàn)卡頓或延遲等知識(shí)，并且我們發(fā)現(xiàn)普遍男生會(huì)比女生了解更多，18-30歲的人會(huì)更加關(guān)注了解5G知識(shí)和發(fā)展動(dòng)態(tài)。但通過(guò)我們幾天的走訪和調(diào)查發(fā)現(xiàn)雖然大眾對(duì)5G了解不深但期待度很高，并且對(duì)中國(guó)5G技術(shù)的發(fā)展充滿信心，甚至有些人表示即便是自己不了解，但是也會(huì)想去通過(guò)一些渠道去學(xué)習(xí)了解，跟進(jìn)時(shí)代的步伐。

四、5G的發(fā)展前景

5G是面向2020年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展規(guī)律，5G將具有超高的頻譜利用率和能效，在傳輸速率和資源利用率等方面較4G移動(dòng)通信提高一個(gè)量級(jí)或更高，其無(wú)線覆蓋性能、傳輸時(shí)延、系統(tǒng)安全和用戶體驗(yàn)也將得到顯著的提高。截至2019年5月，全球共28家企業(yè)聲明了5G標(biāo)準(zhǔn)必要專利，中國(guó)企業(yè)聲明數(shù)量占比超過(guò)30%，位居首位。并且2019年6月6日，工信部正式向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電發(fā)放5G的商用牌照，批準(zhǔn)四家企業(yè)經(jīng)營(yíng)“第五代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)”。標(biāo)志著我國(guó)5G發(fā)展進(jìn)入快車道，規(guī)模商用正式拉開帷幕。2019年，中國(guó)移動(dòng)將在全國(guó)建設(shè)超過(guò)5萬(wàn)個(gè)5G基站，在超過(guò)50個(gè)城市實(shí)現(xiàn)5G商用服務(wù);2020年，將進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，在全國(guó)所有地級(jí)以上城市提供5G商用服務(wù)。同時(shí)，全面提升5G端到端網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)和服務(wù)能力，持續(xù)推動(dòng)5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。2019年7月26日，華為首款商用5G手機(jī)Mate20X（5G）在深圳正式發(fā)布并同步開啟預(yù)約。這是擁有“國(guó)內(nèi)首張5G終端電信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)許可證”的5G手機(jī)，標(biāo)志著5G手機(jī)時(shí)代正式開啟，產(chǎn)業(yè)鏈也隨之迎來(lái)新的發(fā)展階段。所以5G的發(fā)展也在不斷地面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中投顧問(wèn).2019-2013年中國(guó)第五代移動(dòng)通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告（上下卷）

作者簡(jiǎn)介：

崔會(huì)晨，女，漢族，海南三亞，大學(xué)本科，主要從事5G知識(shí)普及及其發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查研究

王柏伊，女，漢族，湖北潛江，大學(xué)本科，主要從事5G知識(shí)普及及其發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查研究

（作者單位：武漢東湖學(xué)院 電子信息工程學(xué)院）