5G移动通信发展及其相关关键技术

黄庭

摘要：在社会经济和科学技术快速发展下，通讯技术逐渐发展起来。目前人们的生活越来越离不开移动通讯，这不仅进一步提升用户的网络体验，而且还能满足未来万物互联的需求，促进人们生活水平和经济水平的增长，而且5G移动通讯的产生，成为人们最受关注的一项通信技术。因此，本文主要分析5G移动通讯及其发展，并探究其相关关键技术。

关键词：5G移动通信;关键技术;发展

引言

近些年来，移动通讯技术的发展越来越快，5G移动通信的提出和产生，代表了通信时代进入了更高层级，国家也逐渐扩大5G移动通讯的覆盖范围，为人们提供更加快速、优质的通讯服务。

一、5G移动通信及其发展

5G移动通讯技术是在4G的基础上发展而来，也就是第五代移动通信技术，和4G技术相对比，传输速率有了明显的提升，是4G传输速率的10倍左右，理论上5G技术峰值网络速率将达到10Gbps。无线技术和网络技术的融合发展，在一定程度上促进了5G技术向着更高传输速率和更高利用率的方向发展。目前，5G移动通讯技术的研究成为全球范围内的信息技术研究重点，也在一些国家开始建设使用，我国在北京、上海等地区开始使用。在5G技术发展中，一直存在着新型通讯和高频段开发等方面的问题，而且目前城市化发展快速，居民区呈现密集状态，移动设备增加，网络容量和传输速率明显降低，这些都在一定程度上推动5G技术的发展。

现阶段，移动通讯渗入到人们生活的方方面面，用户数量、连接设备数量、大数据等都在不断增长中，各种移动通讯业务层出不穷。5G技术的出现，不管是在速率、规模、数据量、能耗、时延等方面都有着明显的改善，能够满足物联网的特殊应用需求，在自动化、交通运输等领域发挥巨大作用，也加快了物联网的普及和使用，比如车联网、智能家居、智慧医疗、环境监测、智慧交通等等，实现智能交互。5G技术具有较短的延时，在各个平台开展应用时，能实现超高速数据传输、低延时用户感知，在未来发展中将全新的、多方位的用户体验呈现在人们眼前，为人们的生活和生产活动提供更多的帮助。

二、5G移动通信技术中的关键技术

5G技术作为下一代的蜂窝网络，利用5GNR（New Radio）统一空中接口，支持各种设备类型、服务和部署，充分利用各种频段和频谱。在5G技术中，实现5G NR的搭建需要利用三种关键技术，分别为基于OFDM优化的波形和多址接入、灵活的框架设计、先进的新型无线技术。

（一）基于OFDM优化的波形和多址接入技术

在5G NR设计过程中，利用OFDM优化的波形和多址接入技术作为基础技术。OFDM技术是目前4G技术和无线技术应用较为广泛技术，能够实现贷款的扩展，具有较高的频谱效率和较低的数据复杂性，能够更好的满足5G技术的要求。OFDM技术具有以下优势：①杂度低：能兼容使用具有低复杂度的信号接收器，比如移动设备等。②频谱效率高：充分利用MIMO，保证数据传输的效率。③低能耗：利用单载波波形，实现具有高能效的上行链路传输。④提升频率局域化：能够通过加窗和滤波，提升频率局域化，尽可能减少信号的干扰。

在使用OFDM技术满足5G技术要求时，可以通过OFDM子载波之间的存在的15kHz间隔，实现参数配置的扩展，能夸参数实现载波聚合，提升5G技术的连接性能。另外，OFDM技术还能实现波形后处理，利用视域加窗桌和频域滤波等，提升频率的局域化，在不同频道内实现多路传输。

（二）灵活的框架设计技术

采用灵活的框架设计技术，能够在一定程度上提升5G服务多路传输的效率。这种灵活性技术主要体现在频域和时域内，保证能够满足不同的服务和应用场景。在该技术中，可以采用时间间隔扩展的方式，将时延降低一个数量级，能够将时延降低到4G技术的1/8。同时，还5G NR还可以支持同一频率下不同TTI实现多路传输，节省等待时间。另外，5G移动通信的另一关键技术——自包含集成子帧技术，能够实现降低时延、向前兼容等5G技术的要求，将数据传输和确认放在同一个子帧中，能够显著降低时延。比如在一个TDD下行链路子帧中，从数据传输从网络到设备都是从设备发回进行信号确认的过程都在同一个子帧中。而且通过5G NR独立集成子帧，每个TTI都是采用模块化处理形式，比如采用下载同意→数据下行→保护间隔→上行确认的流程。在5G发展中，新型服务可以在同一频率内，实现同步或者非同步状态部署。

（三）先进的新型无线技术

（1）大规模MIMO技术

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术，是目前无线通信领域中一项重大创新项目，该技术主要是多输入、多输出技术。第一，利用多根天线，发射出或者接收更多的信号空间流，大大提升信道容量。第二，通过智能波束成形，将射频的能量集中在同一个方向，这样能够大大提升信号的覆盖范围。第三，通过降低信号发射的功率，保证天线基站的功率效率。在使用大规模MIMO技术时，更多的天线使用也代表来了占用更多的空间，要想在有限空間中保证信道容量和覆盖范围，智能采用基站端叠加MIMO的方式。从现阶段理论研究上分析，5G技术可以在基站端使用256根天线，采用二维排布方式，形成3D波束，提升信道的容量和覆盖面积。

（2）频段共享技术

采用共享频谱和非授权频谱，能够将5G技术扩展到多个维度，进而实现更大容量、更高频谱等部署场景中。这不仅是一些具有授权频谱的移动运营商更加受益，也使得一些没有授权频谱的厂商迎来给予，比如物联网企业、有效运营商等等，能够通过前向兼容、灵活的使用心得频谱共享技术。

总结

总之，5G移动通信技术不仅仅是技术的升级，更是一种新型的网络，支持大规模、高度率和低复杂性的终端，能够带给用户更良好的体验，提升数据传播的速度，显著降低时延，不仅改变人们的生活，更重要是的实现产业的改变。

参考文献：

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