第五代移动通信技术概述及未来发展趋势

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　　[摘 要]第5代移动通信技术5G是继4G之后，为了满足智能终端的快速普及和移动互联网的高速发展而正在研发的下一代无线移动通信技术，是面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统。本文首先介绍了5G的概念，又着重介绍了5G的7点技术特征，最后对5G未来的发展趋势进行展望。
　　[关键词]5G移动通信技术 发展趋势 技术特征
　　中图分类号：TE933.207 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0164-01
　　随着信息和网络技术的快速发展，无线移动通信网络的数据流量正以每年接近100%的速度增长，预计未来10年，无线网络的数据流量将增加1000倍，联网设备将高达500亿台（部） ，新兴智能业务将层出不穷，迫切需要更加高速、更加高效、更加智能化的新一代无线移动通信技术来支撑。因此，在全球第4代移动通信（4G）网络的部署方兴未艾之时，第5代移动通信技术（5G，fifth- generation）的研发已拉开大幕[1]，成为整个学术界和信息产业界最热门的课题之一，掀起全球移动通信领域新一轮的技术竞争。5G是继4G之后，为了满足智能终端的快速普及和移动互联网的高速发展而正在研发的新一代移动通信技术，是面向2020年以后人类信息社会需求的第五代移动通信网络。
　　一、5G移动通信技术概述
　　5G是未来十年的发展方向，根据以往的移动通信技术发展的规律分析，5G应具有着超高的频谱利用率及利用能效，在传输速率和资源的利用效率方面，将比现今的4G技术有一个高度和质的提升，在其无线信号的覆盖性能、传输时效、通信安全及用户体验方面也将会有明显的提高和进步。5G移动通信技术和其他无线移动技术有着深入的联系和结合，形成了新一代的全面性的通信网络。满足未来十年互联网移动通信网速的1000倍要求。未来5G移动通信还须很强的灵活性，可实现自动化和智能化的网络调整。但由于5G 技术过于新颖，学术界和产业界还没有对其进行定义；相关诸如国际电信联盟（ITU）等国际通信标准机构及全球3GPP、WiMAX 等移动通信论坛也没有给出正式的技术定义，使得5G技术至今还没有一个清晰的概念。
　　目前，国内外专家学者沿用传统的对移动通信技术的划代方式，对5G进行初步定义。常见的说法是，5G就是传输速率达到10Gb/s的下一代移动通信技术，美国著名的《时代》杂志，在报道5G时也沿用这种说法。
　　二、5G的技术特征
　　对于5G 的未来愿景和应用，学术界和产业界都进行了相关描述，从这些描述中可以总结出人们对未来5G 的技术需求，相对于传统的移动通信网
　　络，5G 应具有如下的基本特征[2]：
　　1、互联网设备数目扩大100倍
　　随着物联网和智能终端的快速发展，预计2020年后，联网的设备数目将达到500～1000亿部（个）。未来的5G网络单位覆盖面积内支持的设备数目将大大增加，相对于目前的4G网络将增长100倍，一些特殊应用，单位面积内通过5G联网的设备数目将达到100万/。
　　2、数据流量增长1000倍
　　业界预测10年后，全球移动数据流量将达到2010年的1000倍。因此，5G的单位面积的吞吐量能力，特别是忙时吞吐量能力也要求提升1000倍，至少达到100 Gb/s/km2以上。
　　3、峰值速率至少10Gb/s
　　面向2020年的5G网络，相对于4G网络的峰值速率，其峰值速率需要提升10倍，即达到10Gb/s，特殊场景下，用户的单链路速率要求达到10Gb/s。
　　4、用户可获得速率达到10Mb/s，特殊用户需求达到100Mb /s
　　未来5G网络，在绝大多数的条件下，任何用户一般都能够获得10Mb/s以上的速率，对于诸如急救车内高清医疗图像传输服务等特殊需求用户和业务，获得速率将高达100Mb/s。
　　5、网络耗能低
　　绿色低碳、节省能源是未来通信技术的发展趋势，未来的5G 网络，要利用端到端的节能设计，使网络综合能耗效率提高1 000 倍，满足1 000 倍流量要求，但能耗与现有网络相当的水平。
　　6、频谱利用率高
　　由于5G网络的用户规模大、业务量大、流量高，，对频率的需求量大，要通过演进及频率倍增或压缩等创新技术的应用，提升频率利用率。相对于4G网络，5G 的平均频谱效率需要5～10倍的提升，解决大流量带来的频谱资源短缺问题。
　　7、可靠性高和时延短
　　2020年的5G网络，要满足用户随时随地的在线体验服务，并满足诸如应急通信、工业信息系统等更多高价值场景需求。因此，要求进一步降低用户时延和控制时延，相对于4G网络要缩短5～10倍。对于关系人类生命、重大财产安全的业务，端到端服务可靠性需提升到99.999%以上。
　　三、5G的发展趋势
　　移动互联网技术的发展为5G移动通信提供了动力基础。移动互联网将成为未来各种技术的基础性平台。当前的移动通信技术和无线技术将成为5G通信系统的基础，但有着更高的通信传输质量和系统效率的要求。当然，全球关于5G的技术研究，还处于早期阶段，将来还要经过技术研究、标准化、外场试验等阶段，并最终实现商用部署。不过，尽管对于5G概念和技术仍在探讨，但对于5G标准融合的大方向，现在学术界和产业界基本形成了共识。在2G、3G时代，不同的通信协议标准之间存在较大的差异。而在4G时代，TD-LTE和LTE-FDD在核心网方面已拥有95%的相似性，在无线传输方面也有90%的相似性。面向2020年的5G时代，在频谱的使用上将更加高效和灵活，核心技术和系统架构将进一步融合，全球共用一套通信标准将成为5G技术的发展趋势。
　　而最终5G技术的发展也会在当前科学信息技术新的发展和变革时期中形成自己的特点：一，更加注重用户的体验，提高和改善通信网络的传输速率、吞吐效率及3D等下能力，将成为5G性能的重要指标；二，完善和健全网络，实现多点、多面、多用户多无线，提高系统性能；三，5G技术将实现无处不在的无线信号覆盖，优化系统的设计目标；四，充分利用高频段频谱资源，实现5G的普遍广泛应用；五，可灵活化的配置5G移动无线通信网络，相关通信运营商科根据实时的流量动态调整网络资源，降低成本和消耗[3]。
　　四、结语
　　总之，5G是面向2020年信息社会需求的新一代移动通信系统，学术界和产业界正在对其概念和技术进行广泛探讨，尽管尚未形成统一的标准，但随着信息和网络技术的快速发展，5G的关键技术将取得实质性的突破，具有更广阔的应用前景，全面提升全球信息化程度和经济发展。
　　参考文献：
　　[1] 王鹏.4G未来5G已来：传输速率较4G高百倍网络容量高千倍[EB/OL]. （ 2013 - 05 - 22） [2014 - 02 - 20].
　　[2] 王军选.未来移动通信系统及其关键技术[J].通信技术，2009，42（ 09） ： 142 - 147.
　　[3] 尤肖虎.未来移动通信技术发展趋势与展望[M].电信技术.2013，11，（12）：124-125.

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