5G移动通信技术的发展与应用趋势

 　　将来在通讯领域这一块，5G移动通信技术肯定独占鳌头，风靡全球，虽然现在还没普及，但是可以预计在2020年，它将以一种全新的技术推广并应用，不管怎么说目前它将成为我们在通信领域的主要研究方向。本文对移动通信技术的发展历程进行了研究，结合大数据和物联网发展战略，分析了5G移动通信技术的发展和应用趋势。

　　《中国通信》创刊于2004年，期刊总编辑为两院院士、北京邮电大学教授陈俊亮。2008年起，应广大读者需求期刊由纯英文版变更为中英文双语版。中英文刊的出版目标是成为我国通信行业最具影响力的，有学术特色的综合性期刊。

　　1 5G移动通信技术的特点及关键技术

　　从信息及通信技术演进的轨迹分析来看，它是第五代移动电话行动通信标准，它也将成为下一代行动通讯系统，也是4G之后的延伸产物。

　　1.1 5G技术的基本特点

　　从4G到5G的演进，其相关通讯技术特点主要表现在以下几个方面。

　　频谱使用率高：作为在使用率相当高的频谱资源，当前的科技水平高频电波利用率条件下的相对较低，渗透性差，有使用上的诸多限制，和速率增加的频谱的未来使用，轻载和无线网络，5G技术带来了广阔的应用的前景，促使了有线和无线宽带技术的高速发展，也让业务形成一体化。5G也具备更大的容量，更快的处理速度，并在可移动设备中延伸出更多的全新的服务。

　　5G系统具备的应用性能：5G移动通讯技术将多点、多天线、多用户、多社区合作和互助网络为重点，提高通信系统的性能，室内通信业务主要是商务交际、5G移动通信系统室内无线网络覆盖性能和业务支持扩宽地区的移动通信系统的覆盖范围。

　　双向信号传输：由于5g无线速度的优点，促使人类发展了更先进的通讯技术。双向的无线电传导，可移动的设备发出的信息将被转换成电子信号和传输电子信号，先传输到终端用户的最近的无线电子信号塔，然后辐射出反射信号，实现呼叫连接。

　　低功耗、低成本：将来开发的重点将是无线网络的软配置设计。运营商可以根据业务流量的变化及时调整网络资源，实现低能耗、低成本。

　　1.2 5 G移动通信技术关键技术

　　由于2G/3G/4G的高速发展，为我们发展和开发5G技术打下了牢固的基础，具体技术主要如下。

　　高频传输技术：我们逐渐积累了大量的终端客户，造成频带资源显得愈来愈短缺的资源，高频的传输能够提高频谱资源的利用效率，在3GHz频段的蜂窝移动通信系统中，假若频率频带宽度伸展到273.5GHz，这不仅是许多小的通信设备的大小，还可以实现信息的短距离高速传输，满足用户的容量、速度和其他方面的要求。

　　多天线传输技术：多天线传输技术：成为我们研究5G领域最重要的也不可或缺的技术。它能完全提高频谱利用率到10倍以上，从而实现二维到三维、无源到有源、高阶多重输入与多重输出到一系列阵列的转换。

　　同时同频全双工技术可以在相同的物理信道上双向传输信号，所以同频全双工技术被认为一项有效提高频谱效率的技术，该技术实现了两个方向信号在同一物理信道上的传输，即在双工节点的接收机处消除发射机信号的干扰，并在发射机信号处同时从另一节点接收相同频率的信号。这样可以有效提高频谱效率，使移动通信网络灵活、稳定。

　　设备间直接通信技术：在5G计算机网络设备两者之间的直接通讯，客户规模、计算机数据流量将大幅度倍增，传统的基站电子网络模型为中心，分明早已无法满足业务发展的需求，技术和设备两者之间的直接通信能够做到在没有基站的情况下有效率地工作，并开放存取网络连接。

　　密集网络技术： 5g是一个综合智能全方面型网络，数据流量相当于1000个4g，但在技术上要达到两种技術：一是在宏基站安排大型天线，二是安排密集的网络，目的在于获得室外空间收益和满足室内室外的需求。今后，我们只有在多大数百个扇形区域部署更为密集的网络以实现更为宽带化的目标。

　　建立全新的网络体系结构技术： 未来我们主要研究方向放在C - RAN和云架构上，以便5G具有低延迟、低成本和平坦性等特点，只为满足未来更多用户的需求。

　　智能化技术：5G中央网络是在一个大的服务器组成的云计算平台，路由器和基站之间互相切换。通过开关网络和数据链路，还有智能的自动切换模式，无论企业选择什么频率，怎样连接天线，只要他们把网络需要处理的数据提交到云计算机中心，都能得到完好的结果。所以在不久的将来，智能技术是我们实现5G网络的关键技术。

　　1.3 5G技术应用的发展趋势

　　在2020年，5G将在全球完全商业化。例如中国而言，将经历3个阶段：一，当然目前我们在这方面的技术研发试验已经完成;二，我国的技术核查方案也已经启动了，并且完成了;三，5G网络和基站建设也预计在今年底完成。其中主要投资于主要设备及支撑网络的规划、建设，以及发射塔、主要设备的投资和建设转移到射频装置、光模块、基站天线等。

　　同时，随着5G网络建设，像一些其他挑战接踵而来，如新业务、新结构、新技术，用户的安全和隐私，这些都是我们需要解决的难题。当然信息安全通信安全机制不仅是5G首要满足的，我们还需要根据不同的业务场景，好为它们提供不同形式的安全服务，以便它们能够适应多样化的网络接入方式和新的网络架构，个人隐私安全保障，支持开放的操作环境的能力，未来的5G安全将呈现不同的场景，并提供了一个基于各种接入方式和新式的电子网络架构和有把握的全方位。

　　5G移动通信技术的应用趋势将主要展现在如下3个层面。

　　首先，一切都是相互关联的：从4G开始，智能家居产业已经出现，但仅在智能生活的初级阶段，4G还不足以支持一切事物的互联互通，与现实中的一切都有很大的互联互通，而5G将为一切事物的互联互通提供必要的条件。

　　未来几年，随着5G网络的快速发展，应用之间有着密切的关系，由于目前的网络条件，很多网络应用的需求无法得到满足，主要原因有两个：一方面是面临着大规模的网际网连接，由于规模大，所以平摊在每个数据终端的流量低，就造成设备成本低，自然功耗水平相对较低;另一方面是互联网+连接的关键任务，我们都知道网络具有高可靠性、高可用性、高带宽和低延迟的特点。旨在提供更快的速率、更短的迟延、更大的规模和更低的功耗的5G将可以最大限度满足物联网的应用需求，以便做到交通领域对新情况的自动化和网络化，加快网络化登陆和广泛应用，事实上，刚处于发展阶段的5G，其必在各组织间产生共识：而5G应用的最重要场景位于物联网，这也是它第一个部署和登陆的场景，但我们也必须考虑的物联网的特殊需求这个关键因素。

　　其次是生活的云端化：如果5G年代抵达，4K视频乃至8K视频都足以流利地实时回放;我们也能更好地利用云技术，生活、工作、文娱都会有云的影子;与此同时，高速网络也暗示硬盘将被云盘禁止;无论何时何地，只要有可能，我们都将把文件上传到云端上。

　　而云端化将势必产生两种趋势：从边缘(即移动边缘计算)再到移动设备云的中心，高速的发展，用户数量的增加，将给数据处理中心带来巨大的压力。当然压力也在促使着我们改进和提高，为了使网络速度变得更快更快，且提高客户的智能需求和增强个性化体验，因此，我们只有开放无线网络实时信息和大量普及社交网络内容。与此同时，移动设备也将提供剩余容量的资源，这些资源将构成虚拟的资源池，即移动设备的云端化。

　　最后一方面是智能交互：人工智能将与能产生数据交换的无人驾驶汽车发生相互联系，但这涉及计算机数据的吞吐量和效率。因为我们要保证时间的准确性，像无人驾驶汽车、远程医疗等先进服务，所以哪怕只有很小很小，甚至1毫秒的时间。最终结果就是网络速度超级快将成为现实，而5G网络也将支持虚拟生活、虚拟现实游戏、智能城市应用的发展，而这只是未来生活中的一点点变化而已。以后不仅手机和电脑可以连接到互联网、家电、门锁、监控摄像头、汽车、可穿戴设备，甚至宠物项圈也可以连接到互联网。想象一些场景：一旦一个宠物的项圈连接到互联网，一旦失去了发现它很容易;冰箱网络，可以及时提醒业主缺乏牛奶今天;后楼、桥梁和道路网络，可以实时地对建筑质量的监控，提前崩溃风险防范;企业和政府可以监控交通拥堵、污染水平和实时停车需求，发送信息的人实时的智能手机;患者生命体征数据可以记录和监测，让医生更好地理解因果关系的生活方式和健康状况。

　　2 由我国提出的建议，促使5G移动通信技术的发展

　　国际电信联盟( ITU )已经完成了5G愿景研究，预计到2020年标准完成，其中第一阶段将于2018年9月冻结R15，第二阶段将于2020年3月冻结R16，5G将解决不同应用场景的疏离性能差异带来的挑战，不同用户体验率、流量密度、时延、能效和连接数等面临的性能挑战很可能成为不同场景的挑战性指标。5G技术的研究与开发在我国试验分为3个阶段：第一阶段是2016年9月以前，单点技术原型的功能和性能测试;2017上半年的第二阶段，根据不同厂家的技术方案，基于一个统一的标准，统一的频率，单基站可进行测试和无线接入网络和核心网络增强技术的功能、性能和测试过程;2017至2018年10月，下半年为第三阶段，集团网络技术的功能和性能测试，进行5g系统。2016年11月，国际移动通信标准化组织的3GPP最后明确了应用于5gembb场景的信道编码方案。另外，短码的控制信道编码方案采用了我国主要推广的极坐标码。此外，中国移动还成功引领5G网络系统架构设计。5G技术将成为一种网络通信标准，可以提供低能耗、低延迟、高可靠性的组网应用，如大规模连接、时速180公里以上的智能车，5G可以保護小汽车和卡车、小汽车和道路车辆等障碍物在延时1ms内，安全、快速、稳定。根据目前的市场形势，中国已经鼎力发展4G移动通信技术，早已发展得非常成熟，已被广泛使用，所以5G将成为以后移动通信领域的发展方向，建立于5G和nb-iot标准和网络的应用，中国主要的对策和建议，引导5G移动通信技术的发展有两个方面。首先，我国需要推进全球标准并抓住机遇，极性码会最终胜出，支持中国通信产业的崛起，国际地位显著提高，已经明显改变了，与此同时，我国在通信领域永远都不能从全球主流中分离出来，从以前2G，3G，4G来看，就是如此。还有目前全球通信已达成共识，5G也制定了一个统一的标准。我国政府领导层也屡次重申，中国也将踊跃的奉献出自己在通信领域的最新成果，只为促进全球统一标准而努力。其次，我国需要明确定位通信技术与网络化的共生关系，共生与网络化是我国未来通信技术发展的方向。

　　3 结语

　　全球化的5G技术意味着机遇和挑战。从全球布局来看，任何国家或任何一个公司都不可能粉碎对手，形成单一优势。为了形成统一的5G标准，我们需要各方为最新的研发成果做出贡献，我们应该尽可能地团结起来。必要时，我们必须进行适当的合作和妥协。展望未来，要想继续引领5g领域尚未成功的革命，在这一领域，我国只有不断地努力，不断地提高创新能力，我国的信息通信行业才会持续的前进。我觉得只有制定全球的5G标准，全球各国互相贡献自己的创新成果，并一起引领5g移动通信技术的开发和应用，才能促进合作共赢。

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