2017年第4期信息通信2017 (总第172 期）INFORM ATION&COM M UNICATIONS(Sum. No 172)5G网络的发展与关键技术分析唐勇(中国移动通信集团湖南有限公司，湖南长沙410000)摘要:随着在移动通信方面对通信速率、用户体验等方面更高需求的提出，面向2020年移动通信应用的5G网络应运而 生。5G即第五代移动通信技术是4G的演进，是通信行业的研究重点。文章讨论了 5G网络的研究进展，并对5G网络 的基本特点进行了简要分析，重点探讨了 5G网络中的关键技术，这些技术包括大规模多天线技术、D2D技术、高频段通 信技术和自组织异构网络。关键词:移动通信;5G网络中图分类号:TN929.5 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017 )04-019冬020引言目前，以ITU确定的LT&Advanced技术为标准的第四代 移动通信技术4G已在全球开始大规模商用。但受限于LTE 仅100M bps的峰值速率，无法在云计算模式下支持超髙清视 频、增强现实和虚拟现实等新型应用业务。随着用户对移动 通信的需求不断提高，因而迫切需要研究并引入下一代移动 通信技术即5G网络技术。与4G不同，5G网络是现有的无线 通信技术的一个融合，其目标是为用户提供更大的容量、更髙 的系统速率、更低的系统时延和更可靠的连接，实现基于移动 互联网、物联网的万物互联，满足移动业务流量増长的需求。15G网络技术的发展由于5G网络在通信方面有更广阔的应用前景，因此关于 5G网络技术的研究在整个产业都受到了广泛关注。早在2012 年，欧盟就启动了 5G研发项目METIS,旨在为建立5G产业 技术和标准奠定基础，迈出5G研发第一步。中国于2013年 成立IMT-2020推进组，提出5G网络的6个技术指标和3个 效率指标，并提出“信息随心至，万物触手及，，的5G愿景[1】。韩 国发起5G Forum组织，以推动5G技术的发展，期望达到“无 线传输容量大、低功率化、万物互联”的目标。2013年日本设 立5G研究组“2020 and Beyond AdHoc”，研究2020年及以后 移动通信系统中的系统概念及关键技术。目前在5G网络发展方面起主导作用的组织是IT U与 3GPP。在ITU-R WP5D第22次会议上，第五代移动通信系 统被正式命名为IMT-2020。会议还明确了 5G的三个主要 应用场景，分别是移动宽带，大规模机器通信和髙可靠低时 延通信;八个技术能力指标:峰值速率、用户体验速率、频谱 效率、移动性、时延、连接密度、网络能量效率和流量密度ra。IT U计划在2017年底制定5G技术评估方法，有望在2020 年时将5G网络投入正式商用13]。2015年3G PP无线接入网 络研究组发表了《3G PP关于5G研发活动的拟定时间表》，将5G标准的制定提上日程，预计于2019年完成5G的完整 标准。2014 20152016 2017 20182019 20202 5G网络的特点行业内对5G网络的应用场景和愿景都进行了相关描述，从中我们可以窥探到对5G网络的需求w。相比于传统的3G 和4G移动通信网络，对5G网络的业务需求要求5G网络有 以下特征：(1)传输速率提高。目前LTE峰值速率可以达到100Mbps，5G网络的传输速率能够相较4G网络提髙10-100倍,峰值速 率能够达到lOGbps，并且可以达到0.1〜1 Gbit/s的用户体验 速率，可以使用户获得良好的应用体验。⑵时延降低。5G网络的端到端时延可以降低到4G网络 的1/10或1/5,达到毫秒级水平，业务时延小于5 ms,可实现 450 km/h髙速环境下通信。(3)系统的频谱效率提高。在移动通信领域，频谱资源一 直是产业发展的核心资源。5G将通过更高的频谱效率、更多 的频谱资源利用，以满足用户业务流量的增长。⑷低功耗;密銳到106/km2,联网移动设 备数量增加到现在的100倍,同时降低能耗，能^率提升10倍。3 5G网络关键技术目前，5G网络技术仍处于研究阶段，移动通信产业针对 5G的愿景与需求成为5G网络关键技术研究的推动力。5G 网络的关键技术有以下几种：3.1大规模多天线技术大规模多天线是一种多入多出（Multiple Input and Multiple OutputJMIMO) 的通信系统，这个概念是由 贝尔实验室的 Thomas于2010年首次提出，指基站配备远多于终端数目的天 线，移动终端采用单天线接收的通信方式。天线数量的增加，可以保证频谱效率的髙效利用以及传输可靠性。大规模多天 线技术还有以下优势151。①天线数量的增长使得各个信道呈现出渐进正交特性，用户间的千扰可以得到有效消除；②天线的增加可以让能量 极小的波束聚焦在一块小型区域，具有很髙的空间分辨率，可 以提升系统容量;③多天线具有大的阵列増益,可以有效地提 升用户信道的信噪比，使得系统调度得到优化。当前，大规模多天线技术也面临着许多挑战。天线数目 的增加导致收发机对波束矩阵的计算复杂度也增加，处理时 间与成本问题也不容忽视。信道估计与反馈的复杂度与局限 性也是增加天线数目所带来的挑战之一。因此，5G网络中的 大规模多天线技术仍有许多待解决的问题。总之，大规模多天线技术是一种能够提升系统容量和传 输可靠性，有效利用频谱资源的关键技术。虽然该技术仍有许 多未解决问题，但不可否认的是，随着对该技术研究的不断发展194
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