1、無線通信技術史及5G關鍵技術簡介 姓名：張健康 學號：02121222姓名：王晨陽 學號：02121202 姓名：王李寧 學號：02121209摘 要11引言12無線通信技術概念22.1 3G即將成為過去22.2 4G 是現在22.3 5G是未來32.4各國研究進展435G性能指標645G關鍵技術641 新型多天線技術642 高頻段的使用743 同時同頻全雙工744終端直通技術（D2D）745 密集網絡74.6新型網絡架構85結束語8中國-機遇與競爭并存9參考文獻：9摘 要 第五代通信系統是面向2020年以后人類信息社會需求的無線移動通信系統，它是一個多業務技術融合的網絡，通過技術的演進和創新

2、，滿足未來廣泛的數據、連接的各種業務不斷發展的需要，提升用戶體驗。本文首先介紹5G的概念，然后闡述了5G的性能指標，重點對5G的關鍵技術進行論述，這些關鍵技術包括新型多天線技術、微波段的使用、同時同頻全雙工、設備間直接通信技術、自組織網絡。關鍵詞 5G；無線通信；關鍵技術；移動通信技術1引言4G網絡部署正在如火如荼地進行時，關于5G的研究也拉開了序幕。2012年，由歐盟出資2700億歐元支持的5G研究 項 目METIS（Mobile and Wireless Communications Enablers for the2020Information Society）1正式啟動，項目分為八個組

3、分別對場景需求、空口技術、多天線技術、網絡架構、頻譜分析、仿真及測試平臺等方面進行深入研究；英國政府聯合多家企業，創立5G創新中心，致力于未來用戶需求、5G網絡關鍵性能指標、核心技術的研究與評估驗證；韓國由韓國科技部、ICT和未來計劃部共同推動成立了韓國“5G Forum”，專門推動其國內5G進展；中國，工業和信息化部、發改委和科技部共同成立IMT-2020推進組，作為5G工作的平臺，旨在推動國內自主研發的5G技術成為國際標準。可見，對于5G的研究，許多國家或組織都在積極地進行中，未來5G技術將使人們的通信生活發展到一個全新的階段。2無線通信技術概念GSM是第一代的無線通信技術為模擬技術，采用

4、的是頻分多址方式，頻譜的利用效率非常低下。GSM誕生之初的目的為使用數字技術取代模擬技術，提高語音通話的質量，提高頻譜利用效率，降低組網成本。GSM可以說是迄今為止最為成功的無線通信技術，可以實現全球漫游。GSM主要解決的是語音通話問題，而隨著對移動數據的要求提高，提出了第三代移動通信技術(3G)。2.1 3G即將成為過去3G是第三代移動通信技術，是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息，速率一般在幾百kbps以上。3G是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統，目前3G存在3種標準：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。中國國內

5、支持國際電聯確定三個無線接口標準，分別是中國電信的CDMA2000，中國聯通的WCDMA，中國移動的TD-SCDMA，GSM設備采用的是時分多址，而CDMA使用碼分擴頻技術，先進功率和話音激活至少可提供大于3倍GSM網絡容量，業界將CDMA技術作為3G的主流技術，國際電聯確定三個無線接口標準，分別是美國CDMA2000，歐洲WCDMA，中國TD-SCDMA。第三代無線通信技術的最大的技術特征是采用了碼分多址技術(CDMA)，由于全球各國看到了移動通信技術方面的巨大的利益，提出了互不相關的三個制式的通信技術，導致了全球3G網絡的事實上的割裂，全球的漫游的便利程度遠不如GSM。3G在發展過程中隨著

6、技術的發展提出了多個版本，數據業務速率一直在提高，但是受制于CDMA技術，頻譜利用效率會有極限，而且隨著4G的到來，其發展最終停止了。2.2 4G 是現在4G第四代移動電話行動通信標準，指的是第四代移動通信技術，外語縮寫：4G。該技術包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數據、高質量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載，比目前的家用寬帶ADSL（4兆）快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區。很明顯，4G有著不可比擬的優越性。4G

7、網絡是一個基于數據業務的網絡，最大的優點是數據速率方面的提高。與3G最大的技術上的區別是采用了OFDM編碼，頻譜利用效率已經有了極大的提高，而且FDD和TDD兩種制式僅僅是在空口上有區別，實際上可以認為一種技術。4G網絡并不象2G/3G網絡一樣支持語音通路，采用VoLTE技術之后可以支持語音業務，實際上這是一種IP電話，語音業務的數據量相對于數據業務來說是非常小的，部署VoLTE之后，4G網絡的語音業務容量可以說是接近無限的。類似于模擬到數字轉換的GSM協議，4G協議有希望取得一樣的成功。4G網絡的最大的缺點是全球頻段眾多，現在3GPP劃分的4G頻段共有44個，頻率從700MHz到3.6GHz

8、，導致在設計終端的時候非常復雜，如現在的國內的全網通手機需要支持GSM/CDMA/WCDMA/TDSCDMA/EVDO/TDD-LTE/FDD-LTE，頻段多達17個，即使支持如此之多的頻段，全球漫游上還是需要使用GSM網絡進行。2.3 5G是未來5G（5th-generation）是第五代移動通信技術的簡稱。5G彌補了4G技術的不足，在吞吐率、時延、連接數量、能耗等方面進一步提升系統性能。它采取數字全IP技術，支持和分組交換，它既不是單一的技術演進，也不是幾個全新的無線接入技術，而是整合了新型無線接入技術和現有無線接入技術（WLAN，4G、3G、2G等），通過集成多種技術來滿足不同的需求，是

9、一個真正意義上的融合網絡。并且，由于融合，5G可以延續使用4G、3G的基礎設施資源，并實現與4G、3G、2G的共存。隨著用戶需求的驅動，對包括傳輸技術和網絡技術在內的5G關鍵技術提出了極大的挑戰。5G將通過更高的頻譜效率、更多的頻譜資源以及更密集的小區部署等，共同滿足移動業務流量增長的需求。在網絡容量方面，5G通信技術將比4G實現單位面積移動數據流量增長1000倍；在傳輸速率方面，典型用戶數據速率將提升10到100倍，峰值傳輸速率可達10Gbps（4G為100Mbps）；同時，端到端時延縮短5-10倍，頻譜效率提升5-10倍，網絡綜合能效提升1000倍。5G通信下手機的無線下載速度最快可達每秒

10、3.6Gbps（千兆，數據傳輸速度單位，1Gbps = 1024Mbps），較LTE（泛稱準4G）的75Mbps（兆）快數百倍。使用該技術下載一部超高清電影文件最多僅需1秒時間，容量較大的3D電影和游戲等亦能實現秒傳。5G技術的提出總體來說還是要提高數據通信的速率，同時降低單位數據業務的成本。從目前公布的主要技術，如：密集網絡部署，多天線陣列技術，用戶速率，發射功率，能耗效率等關鍵技術和5G本身并無關系，在4G范圍之內都可以解決，5G要做的事情還是要解決頻譜利用效率的問題。而且4G受到的移動網絡開放性帶來的問題在5G時代還是同時存在的，密集的網絡部署成本很高，而且只解決了點的問題，無法解決面的

11、問題。點的問題還有更為廉價的解決辦法就是WIFI，WIFI由于成本的關系，不需要復雜的基站和網絡中心等基礎設施建設，發展速度大大的快于移動通信技術，802.11ad標準已經可以達到5Gbps的通信速度，而且WIFI誕生之初就是點的解決方案，不存在面的問題，而且由于成本低廉，多部署幾個點不是問題。2.4各國研究進展目前全球都已開展5G的研究工作。中國2013年10月，我國啟動了國家863計劃“第五代移動通信系統研究開發”項目，今年投入1.6億元人民幣，在2020年之前，系統地研究5G移動通信體系架構、無線組網、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發與利用等關鍵技術，完成性能評估及原型系統設計，進

12、行技術試驗與測試。華為打破5G空口數據傳輸紀錄 實測速率超過100Gbps華為2014年2月22日宣布，在高頻段無線5G空口環境下實現了高達115Gbps的峰值傳輸速率。目前為止，華為已經在全球9個地域建立5G的創新研究中心。中興發布5G白皮書 展示下一代移動遠景中興通訊于2014年2月發布了5G白皮書，其中描述了超大數據流量網絡給消費者和企業實現了在廣泛的日常生活和工作中可以即時按需接入實時應用和獲取信息，將數字世界和物理世界合二為一。歐洲歐盟撥款5000萬歐元加速5G技術發展2020年推出成熟標準歐盟委員會副主席Neelie Kroes在移動世界大會(MWC 2013)上宣布，歐盟將撥款5

13、000 萬歐元(約合6540 萬美元)，加速5G 移動技術的發展，計劃到2020 年推出成熟的標準。5G公私合作聯盟成立 華為致力于共建全球5G生態圈歐盟及產業界各方共同推動5GPPP Association (5G公私合作聯盟）于2014年世界移動通信上正式宣告成立。5GPPP是歐盟重點投入的5G旗艦研究項目群，總投資近7億歐元用于基礎性研究。華為作為5GPPP Association成員，5GPPP歐洲技術平臺委員會董事會成員，英國5G創新中心（5GIC）創始成員之一，中國5G研究國家項目的發起者之一，積極參與項目的制定，規劃和執行。歐盟與愛立信等5G PPP聯盟成員啟動全新5G合作項目歐

14、盟委員會攜手“5G公私合作”（5G PPP）聯盟于2014年2月推出全新5G基礎設施公私合作項目，將深入研究未來十年5G通信基礎設施的解決方案、架構、技術以及標準等。5G PPP聯盟由愛立信、阿爾卡特朗訊、諾基亞通信、Orange 及衛星運營商SES創立，匯聚了電信業、IT業以及科研院所等多方參與者。1.2億美元 英德將合作研究5G通信英國首相卡梅倫2014年3月9日在漢諾威表示，英國與德國將加強在第五代移動通信技術（5G）和物聯網研究上的合作，并共同推進歐洲電信市場一體化。愛立信與兩家合作伙伴在瑞典建立5G傳輸實驗室2014年3月，愛立信與瑞典皇家理工學院、瑞典ICT研究機構Acero攜手，

15、共同成立了5G傳輸實驗室，三方將采取創新的合作方法，共同推動網絡傳輸基礎設施的進一步發展，這也是實現未來5G網絡和網絡社會的關鍵一步。愛立信攜手紐約大學無線中心共同加快5G移動技術的研發愛立信于2014年4月宣布成為紐約大學無線中心（NYU WIRELESS）聯合贊助商，雙方將攜手合作研究開發5G技術。美國英特爾推動毫米波無線頻段5G研究2014年3月，在成功主導將60GHz 導入區域網絡（LAN）后，英特爾正推動一項研究，以定義在下一代蜂窩系統中采用毫米波無線頻段的提案。據介紹，英特爾正與歐洲兩大聯盟以及三星（Samsung）等廠商合作，共同開發5G毫米波頻譜計劃。該公司還在中國與韓國等地追

16、蹤有關5G 的最新發展。應對5G通信標準 安捷倫布局高頻及天線陣列測試技術在國際電信聯盟（ITU）和歐盟5GPPP全力促成下，5G無線通信標準已初具雛形，將采用高達1080GHz頻段、250MHz帶寬，支持六十四根以上天線陣列技術。由于測試測量技術與新技術的誕生息息相關，當前測試測量廠商都在加緊布局高頻及天線陳列測試技術，以應對5G通信標準的研發，以促進5G 通信于2020年正式投入商用。韓國三星稱研發5G通信技術 下載速率可達10Gbps2013年5月，三星宣布已經成功開發了第5代移動通信(5G)的核心技術，這一技術預計將于2020年開始部署。測試人員用64個天線組，以28GHz頻段進行最快

17、達1.056Gbps的速度進行無線傳輸，最遠傳輸距離可達2公里，其速度幾乎是4G的百倍以上。日本日本電信商示范5G網絡計劃 比4G快100倍2013年10月，日本移動通信運營商NTT DoCoMo在日本高新技術博覽會上正式對外公布了其5G網絡計劃的相關細節。35G性能指標對于5G需要滿足一些什么樣的指標，工信部電信研究院選擇了體育場、辦公室、密集住宅區等場景，結合車聯網、視頻點播等應用進行實例分析。對每一種場景下的不同應用進行分析，發現無線技術成為應用發展的制約因素。要在不同的場景下使用戶獲得良好的應用體驗，需要滿足以下指標4：(1)5G的傳輸速率在4G的基礎上提高10-100倍，體驗速率能夠

18、達到0.11Gbps，峰值速率能夠達到10Gbps；(2)時延降低到4G的1/10或1/5，達到毫秒級水平；(3)設備密集度能夠達到600萬個/平方公里；(4)流量密度能夠在20Tbps/平方公里以上；(5)移動性達到500km/h，實現高鐵環境下的良好用戶體驗。為了滿足上述性能指標的要求，使用戶獲得良好的業務體驗，除了以上的這些指標外，能耗效率、頻譜效率及峰值速率等指標也是重要的5G技術指標，需要在5G系統設計時綜合考慮。45G關鍵技術LTE-A的技術標準主要由3GPP國際標準化組織制定。業界初步認為在3GPP R14階段（2016年）將啟動5G技術的標準研究工作。5G無線關鍵技術的主要方向

19、包括3：41 新型多天線技術隨著無線通信的高速發展，對數據流量的需求越來越大，而可用頻譜資源是有限的。因此，提高頻譜利用效率顯得尤為重要。多天線技術是一種提高網絡可靠性和頻譜效率的有效手段，目前正被應用于無線通信領域的各個方面，如3G，LTE，LTE-A等，天線數量的增加，可以保證傳輸的可靠性以及頻譜效率。新型大規模天線技術可以實現比現有的MIMO技術更加高的空間分辨率，使得多個用戶可以利用同一時頻資源進行通信，從而在不增加基站密度的情況下大幅度提高頻率效率；新型多天線技術可以降低發送功率；可以將波束集中在很窄的范圍內，可以降低干擾。總之，新型多天線技術無論在頻譜效率、網絡可靠性還是能耗方面都

20、具有不可比擬的優勢，因此在5G時代會普遍使用。限于多天線技術所占用空間大、系統復雜度提升、對設備的外觀設計、系統部署能力都帶來了極大挑戰，因此未來這方面也是研究熱點5，6。42 高頻段的使用對于移動通信系統而言，在3GHz以下的頻段可以很好地支持移動性，有良好的覆蓋范圍，但目前在這一區間的頻譜資源十分緊張。而在3GHz以上的頻譜資源非常豐富，如果能夠有效利用這一區間的頻譜資源，將會極大地緩解頻譜資源緊張的問題。因此，高頻段的使用將會成為未來發展的趨勢，高頻段具有許多優點，比如：可用帶寬非常充足，設備和天線小型化，天線增益較高。不過高頻段也存在著一些不足之處，例如：穿透和繞射能力弱，傳輸距離短，

21、傳播特性不佳等，同時高頻器件和系統設計成熟度、成本等因素也需要得到解決7。43 同時同頻全雙工傳統的無線通信技術由于其局限性，并不能實現同時同頻的雙向通信，這造成了極大的資源浪費，而全雙工同時同頻技術可以實現上行鏈路和下行鏈路同時利用相同的頻率資源進行雙向通信，理論上可以令資源利用率提升一倍。不過全雙工同時同頻技術也面臨一個技術難題，就是在發送和接收信號的過程中，由于功率差距非常大，會導致非常嚴重的自干擾，因此首要解決的問題就是干擾消除。另外，還存在著鄰小區同頻干擾問題，全雙工同時同頻在多天線的環境下應用難度會更大，需要深入研究7。44終端直通技術（D2D）傳統的蜂窩通信系統的組網方式，是以基

22、站為中心實現小區覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網絡結構在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業務不斷增多，傳統的以基站為中心的業務提供方式，已無法滿足海量用戶在不同環境下的業務需求。D2D技術能夠無需借助于基站的幫助實現通信終端之間直接通信，拓展網絡連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質量高，能夠實現較高的數據速率、較低的時延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網絡架構和連接方法，提升鏈路靈活性和網絡可靠性。目前，D2D采用廣播、組播和單播技術方案，未來將發展其增強技術，包括基于D2D的中繼技術、多天線技術和聯合編碼技術等。8。45 密集網

23、絡在未來的5G通信中，無線通信網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數據流量將發生井噴式的增長。未來數據業務將主要分布在室內和熱點地區，這使得超密集網絡成為了實現未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網絡將能夠改善網絡覆蓋，大幅度提升系統容量，并且對業務進行分流，具有更靈活的網絡部署和更高效的頻率復用。未來，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網絡方案，部署高達100個以上小小區/扇區。與此同時，愈發密集的網絡部署，也使得網絡拓撲更加復雜，小區間干擾已經成為制約系統容量增長的主要因素，極大地降低了網絡能效。干擾消除、小區快速發現、密集小區間協

24、作、基于終端能力提升的移動性增強方案等，都是目前密集網絡方面的研究熱點。4.6新型網絡架構目前，LTE接入網采用網絡扁平化架構，減小了系統時延，降低了建網成本和維護成本。未來5G可能采用C-RAN接入網架構。C-RAN是基于集中化處理(Centralized Processing)，協作式無線電(Collaborative Radio)和實時云計算構架(Real-time Cloud Infrastructure)的綠色無線接入網構架(Clean system)。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網絡，直接在遠端天線和集中化的中心節點間傳送無線信號，以構建覆蓋上百個基站服務區域

25、，甚至上百平方公里的無線接入系統。C-RAN架構適于采用協同技術，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時便于實現動態使用的智能化組網，集中處理有利于降低成本，便于維護，減少運營支出。目前，研究的內容包括C-RAN的架構和功能，如集中控制，基帶池RRU接口定義，基于C-RAN的更緊密協作，如基站簇、虛擬小區等。5結束語5G是基于第四代移動通信的演進，其未來的發展方向必定以“人的體驗”為中心，在終端、無線、業務、網絡等領域進行融合以及創新。同時，5G在用戶感知、獲取、參與和控制信息的能力上帶來革命性的影響。5G網未來將會結合蜂窩網和局域網的優點，形成一個更加智能、友好的環境。在另一方面，5G也

26、是以物為基礎的通信，如車聯網、物聯網、智慧城市、新型智能終端，這些應用對網絡要求和以人為基礎的通信要求有很大區別，如M2M在消息交換的應用中對速率要求不高，時延也不敏感，而不同的物聯網場景對網絡性能要求也盡不相同，這就要求5G時代網絡更加具有“智慧”。隨著時間的推進，5G技術將會在2020年以后實現商用，將能滿足未來移動互聯網業務的飛速發展的需求，為用戶帶來全新體驗。隨著研究的不斷深入，5G的各項關鍵技術將逐步明確，并且在未來的幾年會進入標準化的研究與制定階段。中國-機遇與競爭并存按照移動通信標準10年一代的發展規律，5G已經成為全球移動通信領域新一輪技術競爭焦點。歐盟于2012年底啟動了全面面向5G的研究計劃，日本、韓國、英國也相繼立項支持5G的研究與開發工作，并成立了專門的推進組織。2013年初，我國由科技部、工信部等部門牽頭成立了相關推進組，正式啟動我國5G標準化的研究工作，國內一些企業也已積極開展5G的研發。