论5G的普及与发展前景

崔会晨　王柏伊

摘要：2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G的商用牌照，中国正式进入5G的商用元年。中国移动表示，5G网络的网速预计比4G要快40倍，拥有更低的延时，并且5G还可以实现万物互联。

关键词：5G;移动通信技术;普及;发展前景

一、5G的概述

5G的全称为第五代移动通信技术。5G将不同于传统的几代移动通信，5G并不是独立的，全新的无线接入技术，而是对现有无线接入技术的技术演进，以及一些新增的补充性无线接入集成后解決的总称。并且5G拥有更高速率，更大带宽，更强能力的空口技术，更是面向业务应用和用户体验的智能网络;它将是一个多业务多技术融合的网络，通过技术的演进与创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。5G之前的移动通信是一种以人为中心的通信，而5G将围绕人和周围的事物，是一种万物互联的通信。5G需要考虑Internet of Things业务（如汽车通信和工业控制等M2M业务），IoT带来海量的数据连接，5G对海量传感设备及机器通信（M2M，MTC（Machine Type Communication））的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。以IoT为代表的一些新型业务也成为5G的亮点，特别是自动驾驶和工业控制。

二、5G移动通信六大关键技术

1.高频段传输

移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。并且高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。

2.新型多天线传输、

多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。

3.同时同频全双工

该技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双工技术的应用难度更大。

4.D2D

传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用;支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。

5.密集网络

在5G通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区/扇区将高达100个以上。与此同时，愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是目前密集网络方面的研究热点。

6.新型网络架构

LTE接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营支出。目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能，如集中控制、基带池RRU接口定义、基于C-RAN的更紧密协作，如基站簇、虚拟小区等。

三、5G的普及

在本次实践中，我们发现大众对5G的认知程度较弱，一般只知道5G可以提高网速，使得玩游戏看剧不会出现卡顿或延迟等知识，并且我们发现普遍男生会比女生了解更多，18-30岁的人会更加关注了解5G知识和发展动态。但通过我们几天的走访和调查发现虽然大众对5G了解不深但期待度很高，并且对中国5G技术的发展充满信心，甚至有些人表示即便是自己不了解，但是也会想去通过一些渠道去学习了解，跟进时代的步伐。

四、5G的发展前景

5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。根据移动通信的发展规律，5G将具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更高，其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。截至2019年5月，全球共28家企业声明了5G标准必要专利，中国企业声明数量占比超过30%，位居首位。并且2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G的商用牌照，批准四家企业经营“第五代数字蜂窝移动通信业务”。标志着我国5G发展进入快车道，规模商用正式拉开帷幕。2019年，中国移动将在全国建设超过5万个5G基站，在超过50个城市实现5G商用服务;2020年，将进一步扩大网络覆盖范围，在全国所有地级以上城市提供5G商用服务。同时，全面提升5G端到端网络品质和服务能力，持续推动5G技术标准发展。2019年7月26日，华为首款商用5G手机Mate20X（5G）在深圳正式发布并同步开启预约。这是拥有“国内首张5G终端电信设备进网许可证”的5G手机，标志着5G手机时代正式开启，产业链也随之迎来新的发展阶段。所以5G的发展也在不断地面临新的挑战和机遇。

参考文献：

[1] 中投顾问.2019-2013年中国第五代移动通信技术产业深度调研及投资前景预测报告（上下卷）

作者简介：

崔会晨，女，汉族，海南三亚，大学本科，主要从事5G知识普及及其发展现状的调查研究

王柏伊，女，汉族，湖北潜江，大学本科，主要从事5G知识普及及其发展现状的调查研究

（作者单位：武汉东湖学院 电子信息工程学院）