摘要:5G网络未来是一个多网络、多频段、多制式的混合网络，相对目前所用的4G网络，频谱效率将得到大幅度的提高，同时大大的提升能效和降低成本。从5G需要达到的指标为要求，钻研出可以实现该要求的关键技术，以5G为切入点，探讨出对4G网络的影响，并与4G网络综合考虑出可行的方案，使4G到5G的发展进程较为平滑，降低网络升级的成本和改造难度。通过对移动通信技术发展的讨论，结合第五代移动通信技术的大规模MIMO技术、高级多址技术、高频段使用技术、D2D技术、同时同频全双工技术五个重要研究方向的讨论，为了从多方面改善人们的日常生活，本文分析了5G的发展前景及目前的研究现状。
关键词：5G网络；研究现状；5G网络
引言
5G的总体心愿是让人们可以足不出户就能享受到外面的世界。众所周知，虽然目前的移动通信技术已经在很大程度上改善了人们的生活，但人们却一直在追求更高层次的移动通信，随着目前技术的发展以及市场的需要，业界开展了第五代移动通信技术(5G)的研究。5G将为用户提供光纤般的接入速率、超快的使用体验，千亿设备的连接能力、超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，为了使5G的速率可以得到大幅度的提升，主要采用增加站点密度、增大带宽和提高频谱效率等方法。目前，5G研究的关键技术主要有大规模MIMO技术、同时同频全双工技术、D2D技术，并已取得了一些成效，但不可否认也有一定缺点存在。
1. 5G技术发展现状
随着无线通信技术的高速发展，无线应用越来越丰富，带动了无线数据业务迅速增长。据预测，未来10年间，数据业务将以每年1.6~2倍的速率增长，这将给无线接入网带来巨大的挑战。为了适应业务增长的需要，移动通信技术也加速了升级换代，5G技术的研究已经提上日程。研究5G通信技术必定将通信行业带向一个新的高度。ITU已于2013年开展对5G的研究工作，预计2016年完成技术评估方法研究，2018年完成IMT-2020标准征集，2020年最终确定5G标准。中国也已于2014年开展了5G相关技术的研究并已取得重要进展，相信在不久的将来就可以将5G网络应用到生活中。
未来5G网络将利用局域网和蜂窝网的长处，形成一个更加友好和智能的环境，是将物作为基础的通信技术，例如物联网、车联网、新型智能终端、智慧城市等，这类应用对于网络的要求和以人为基础的通信要求有巨大区别，这使得5G时代网络将更加具有“智慧”，更好的为人们服务。用户的需求定义了5G移动通信系统将支持：
1)数据传输速率达到更高，并且要可靠、实用；
2)网络更加灵活且简单化；
3)超长待机；
4)移动性能更强，实现高速移动环境下的良好用户体验。
2. 5G移动通信的关键技术
2.1大规模MIMO技术
大规模天线阵能够带来的好处包括:在不提高基站站点密度的条件下能够提高频谱效率，提高功率效率；天线数目增多能够平滑信道响应，增加小尺度信道的稳定性；基站和终端之间准正交的信道特性，使得在相同资源上的终端间的信道具备良好的正交特性。但任何事情都有两面性，天线增多也会带来许多弊端，如下：
①增加了污染和成本，不符合绿色理念。
②天线结构不易设计。
③3D MIM0，水平和垂直维度的MIM0。
④全新的信道模型，即3D信道模型，同时需要考虑天线的相关性和耦合度。
⑤Small Cell和毫米波通信的平衡问题。大规模MIM0和小基站结合可以很好地进行干扰回避和陷零。在毫米波频段，当天线尺寸恒定时，频率增加会导致干扰增加，因此需要均衡功率增益和干扰降低之间的关系。
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2.2高级多址技术
移动通信从1G发展到4G，多址方式都是正交或者准正交的方式。多址方式也是向着提高频谱效率的方向发展。特别是非正交多址(NOMA)方式，在频谱资源紧缺的今天，作为一项潜在的5G关键技术，可将一个资源分配给多个用户，能很好地提高频谱效率。NOMA不同于传统的正交传输，在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除技术实现正确解调。与正交传输相比，接收机复杂度有所提升，但可以获得更高的频谱效率。非正交传输的基本思想是利用复杂的接收机设计来换取更高的频谱效率，随着芯片处理能力的增强，将使非正交在5G网络中的应用成为可能。
2.3高频段的使用
针对目前移动通信系统3GHZ以下的频段资源在十分紧张的现状，高频段的使用将成为未来发展的趋势，使得在3GHZ以上拥有丰富的频谱资源，若能充分利用这一区间的频谱资源，则频谱资源紧张的缺点能够被有效的解决。3GHZ以下的频段资源已经饱和，但在微米波频段还存留着许多闲置的频谱资源。毫米波因为存在路径损耗较强、受周围障碍物的影响大等缺点被认为是无法用于移动通信，特别是噪声非常大以及设备成本高，因此至今被闲置不用，而被应用在短距离传输中。然而，随着近年来半导体技术的不断发展，其成本大大的降低，并且其他方面的缺点也被认定是可以战胜的。
从5G毫米波的使用中可以发现:在有源天线的尺寸保持不变的情况下，频率增加时，覆盖半径减小，其有效半径与λ²/4π成正比，并且收发天线之间自由空间的路径损耗与载波频率的平方（fc²）成正比。因此，fc从3增加至3DGHz，覆盖半径将会多出20 dB的损耗。然而，如果当频率增加时，天线的覆盖半径在链路一端维持不变，路径损耗也能保持不变。如果两端天线半径均维持不变，路径损耗将以fc²的幅度减少，由此可以得出当功率增加时，更广泛的信号带宽可以消除路径损耗。因此微米波可以应用在5G网络中。
2.4 D2D (device to device)通信
5G网络的密集性和异构性，带来很多新的网络建模分析、设计和优化的挑战。对于持续存在致密性小区收缩另一个方法在D2D通信模式中。
D2D指设备间的直接通信技术，能够在近距离范围内采用直接链路方式在相邻终端间进行数据传输，而不用经过中间节点。当无线业务存在较大空间局部性时，D2D通信有功耗小，数据速率高，以及零时延的优点。因此在未来5G网络的建设中D2D将发挥重要的作用。
2.5 同时同频全双工技术
同时同频全双工技术就是在同时、同频进行双向通新的技术，与当前传统的TDD和FDD传输模式相比，可用的频谱资源增加1倍。实现同时同频全双工，需要依靠多级干扰自消除技术，而且对器件的要求很高。由于在无线系统中存在网络侧和终端侧对接收信号的自干扰和目前技术的限制，在目前存在的无线系统中还不能实现真正的同时同频的双向通信。近几年人们一直致力于防干扰技术的研究并已取得进展。
3. 5G技术对4G网络建设的影响
5G网络是一个多网络、多频段、多制式的混合网络，特别是网络侧将实现网络虚拟化功能。一方面4G与5G必然会长期共同存在，另一方面5G网络可能会包含4G网络，实现宏网络覆盖的功能。因此，为了能够实现4G到5G的平滑升级，降低网络升级的成本和改造难度，在4G建设中有必要适当考虑未来5G的技术要求。
4.结束语
综上所述，5G是在4G基础上的演进，未来要想更好更快的发展，其必定要以“以人为本”作为发展方向，并在网络、无线、业务、终端等多个领域进行发展和完善，同时5G还将带来用户感知、获取、参与以及控制信息能力的根本性的变革。5G网络将会是未来移动通信发展的唯一方向，并兼容现有的所有通信标准，动态地满足未来可能的所有需求，实现通信的大一统。
参考文献
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[3] 窦笠，孙震强，李艳芬. 5G愿景和需求[J]. 电信技术. 2013(12)
论文作者:刘庆财
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/13
标签：网络论文; 频谱论文; 技术论文; 正交论文; 频段论文; 天线论文; 信道论文; 《基层建设》2016年30期论文;