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5G移动通信系统发展综述

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刘雪飞

【摘要】随着科技的不断进步和人们需求的不断提高，使得人们对移动通信网络的要求越来越高。在这样的背景下，本文对5G移动通信系统的发展课题进行详细的研究。本文对5G移动通信的大致情况进行阐述，并对5G移动系统的标准化进程进行详细的说明。另外，还对5G移动系统中被公认的关键技术极性详细的说明和总结。

【关键词】5G移动通信系统;通信技术;发展背景

由于无线网络的數据承载量显著的提高，当下的移动通信系统对这样的需求无法进行充分的满足，因此，需要对其进行有效的分析研究和更新。本文从移动通信系统的背景、标准化情况和关键技术三方面对5G移动通信系统的发展进行详细的探讨。

一、引言

由于通信技术和计算机技术的快速发展，使得全新应用层出不穷，从而使无线网络所承载的数据量显著的提升。目前，移动网络已经和人们的生活密不可分，因此现有的移动通信系统已经无法对用户的需求进行满足，所以，需要在原有的移动通信系统进行研究和创新。5G移动通信系统与4G移动通信系统相比，优势主要体现在业务量空前的巨大、单位面积频谱效率显著提升、单设备吞吐量巨高。

为了使该要求能够得到充分的满足，关于未来移动通信系统的研究和开发在全球范围内进行开展，从2013年以来，欧盟、中国以及韩国等各个国家的5G研究机构和计划逐渐成立，国际电信联盟在2015年将5G正式命名为IMT-2020，与4G相比，5G在潜在应用场景以及关键能力等方面的优势都更加的突出，5G移动通信系统能够对各种应用场景进行支持，如移动宽带的增强型、低时延通信的可靠性。目前，人们希望5G在以下关键指标中能够得以提供：第一，超过10Gb/s的峰值数据速率，第二，用户体验数据速率能够达到100Mb/s，第三，3倍的频谱速率，第四，单位面积业务能力能达到10Mb/s/km2，第五，网络能量效率达到100倍，第六，空中时延控制在1ms，第七，支持500km/h的移动速度，第八，连接密度能够达到106/km2。

二、标准化情况

5G发展过程中由许多的环节组成，标准化工作是其中最重要的一个，其组织形式是由国际电信联盟发起，工业界以及运营商等共同协商制定的，制定完成后需要向国际电信联盟进行提交审核，国际电信联盟审核筛选完成后成为5G的国际标准。

国际电信联盟的5G标准化工作开展要追溯到2012年，5G标准计划由3个阶段构成：第一阶段，对预标准化进行研究，通过分析用户的需求，为未来网络技术发展方向的确定提供保障;第二阶段，关键技术研究的必要性，对关键技术的可行性进行科学的评估，并将实际网络运行和预期效果的一致性当成是研究的关键;第三阶段，对关键技术进行筛选、检验和标准化工作，预计标准的制定在2021年能够完成。

5G标准最重要的制定机构是第三代合作伙伴计划，该机构的5G标准化工作是在2016年开展的。在同年的6月份，第三代合作伙伴计划的技术规范组就Release15的工作计划达成一致，该计划不仅涵盖检查的重点，而且还提出2018年相关规定将会出台和应用，另外，在相关工作计划讨论时，由于无线和协议两方面设计前向兼容性不仅对分步功能的导入和实现其决定性的影响，而且对5G版本的发展和应用起着重要的影响作用，因此，第三代合作伙伴计划的技术规范组对其重要性进行了重点强调。在2017年召开的第75次3GPPRAN全体代表大会上，首个5G终端标准测试项目即5G新空口测试方法正式被提出并被立项，同时对5G加速的提案进行通过，这使5G标准化取得实质性进展成为了可能。此次5G加速的提案以及5G新空口标准在第三代合作伙伴计划中被通过，使相关的设备制造商以及芯片商等能够提前对其进行研发，从而为向客户提供标准化的5G服务奠定基础。第三代合作伙伴计划在2017年下半年，将工作的重点放在新标准的制定以及5G标准的制定工作在2020年完成上。

三、关键技术

（一）大范围的MIMO技术

MIMO技术即多天线技术，其作用为使网络系统的传输状态能够保持稳定性，因此，其能够被广泛的应用于无线通信系统之中。通过相关资料的有效分析可知，天线数量与其稳定性和效率呈正相关的关系，因此，在信息系统中，天线的使用量越来越大，但是这样也会导致其过程的复杂程度越来越大，并且由于占地面积的不断扩大，使其可行性越来越低。在大规模的MIMO系统之中，通常基站具需要配备多个天线，配备2个的是最为常见的，MIMO能够在统一时频中，实现对多个用户需求的满足，并且信息在天线进行配置时，就会被传送到天线集中的基站之中，从而形成MIMO体系。

大规模的MIMO系统中，基站能够进行配置数十根天线的操作，这样不仅可以使数据流的流量得到显著的提升，而且还能使信号的处理变得更加的简化，从而使信道硬化得以实现，进而使小尺度衰落现象得到有效的改善和消除。另