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浅谈第五代移动通信关键技术及其展望

摘要：本文首先简要介绍了5G网络技术的超密网络、大规模MIMO、多载波

调制波形设计及云网络四种5G网络关键技术进行概括性的阐述，分析未来发展

前景。

关键字：移动通信技术，5G，发展方向，关键技术

一、5G概述

5G网络有五大应用场景：超高速场景；支持大规模人群；随时随地最佳体

验；超可靠的实时连接；无处不在的物物通信。5G网络需要达到五大性能目

标：传输速率可达10GB/s；频谱效率提高10倍；业务时延小于5ms；网络容

量提升1000倍；能量效率提升10倍。5G不再仅仅是速率的提升，而是提供更

多的应用和更好的用户体验。为了达到经济合算的资源配置和应用配置，并实

现智能化增强，业界已经确定了一些具体的技术走向。

二、关键技术

1.超密网络。小区尺寸缩小带来的好处是频谱在空间上的重用，并减少每

个基站下用户的数目，减轻对资源的竞争。但是网络并不是越密越好，密度大

会面临如下问题：一是终端和基站间的关联性会存在困难，特别是面对多个

RAT(无线接入技术)时；二是移动性管理将会是一个挑战，特别是终端穿过

HetNet(异构网络)时；三是安装、维护、回传的成本将会较高。5G网络将会是

一个异构网络。作为一个5G设备，不仅需要支持新的5G标准，还需要支持

4G、3G标准，不同类型的Wi-Fi，甚至终端直连也要支持。这些使得基站和终

端使用哪个标准、哪个频段成为一个复杂的网络问题。除了关联问题之外，还

有资源分配问题。特别是使用不同频段混合组网后，这些问题的复杂度会进一

步提升。

2.大规模MIMO。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，降低小尺度信道的随机变化；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。同时，天线数目的增加必然

面临如下一些难题。导频污染和导频开销提高；天线结构设计困难，天线直接

与放大器集成；3DMIMO，水平和垂直维度的MIMO；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；与SmallCell和毫米波通信共

存的问题。大规模MIMO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，天线可以做得很小，方便集成到设备中，但是在毫米波频段需要考虑

功率增益和干扰降低之间的平衡。

3.多载波调制波形设计。满足5G要求的多址方式，是沿用LTE的OFDM多

址方式，还是使用新的多址方式，需要深入比较和研究。OFDM已经是主流无线

通信，例如LTE和Wi-Fi所采用的基础技术，其主要优点是：以简单的方式克

服频率选择性衰落；高效率的计算效率(IFFT/FFT)；简单的频域均衡方法即

可；方便与MIMO技术结合使用，但是频率偏移校正和同步对OFDM至关重要。

除了上述优点，OFDM的缺点也很明显：具有较高的PAPR(峰均比)；正交性要求

较高，CP(循环前缀)的长度都会降低频谱效率。对OFDM进行改进也是一个重要

的研究课题，目前有部分的方法，见表3，这些方法一方面进一步提高多载波

传输的频谱效率，另一方面降低带外泄露以利于多系统共存。

4.云网络。为了满足兼容多种无线技术，云网络是一个解决方法，主要包

括NFV(网络功能虚拟化)和SDN(软件定义网络)。NFV强调功能而非架构，高度

重用商用云网络，将控制面、数据面、管理面的功能分离，支持不同的网络功

能需求以及能够灵活地制造新的虚拟网络支持新的网络服务类型。SDN侧重网

络架构，以一种智能的可编程网络实现不同网络需求。SDN的关键是开放的接

口以利于标准化和广泛的兼容性。

三、第五代移动通信技术发展方向

第五代移动通信技术目前有五大应用的场景，分别是支持大规模人群、超

高速数据连接、可靠的实时通信、实时的多媒体通信、高品质的最佳体验。第

五代移动通信技术想要达到这五个性能目标，必须要努力做到：信息传输速率

要达到10GB/s左右，信号频谱利用率要提高到以前的10倍，通信业务时延要

做到小于5ms，通信网络容量要提升到四代的1000倍左右，信号能量效率要提

升到之前的10倍。达到此要求的第五代移动通信网络将不再是简单的容量增大

和速率提升，而是能够提供更多的移动终端应用和良好的用户体验。

为提升5G移动通信系统的数据传输效率，降低使用成本，提高普