题 目： 5G通信及其关键技术简介 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘要 1 关键词 1 一、 引言 2 二、移动通信技术演进 2 （一）第一代移动通信系统（1G） 2 （二）第二代移动通信系统（2G） 2 （三） 第三代移动通信技术（3G） 3 （四）第四代移动通信技术（4G） 3 （五）第五代 移动通信技术（5G） 5 三、5G通信的发展概况 5 （一） 国内发展状况 5 （二）国外发展状况 6 四、5G的关键技术介绍 7 （一）大规模MIMO技术 7 （二）同频全双工技术 7 （三）毫米波通信技术 8 （四）高密度网络 8 （五）终端直通技术（D2D） 8 五、 结论 9 参考文献 10 致谢 10 PAGE PAGE 1 摘要： 本文从现代移动通信的发展出发，简要介绍了第一代移动通信到第五代移动通信的基本情况，然后调查研究了最新5G发展情况。最后，对5G的关键技术进行了分析研究，明确指出5G通信系统是一个真正意义上的融合系统。 关键词： 5G通信、CDMA、GSM、D2D、毫米波通信、MIMO技术 指导老师签名： PAGE PAGE 10 一、 引言 在过去40年的时间里，移动通信经历了飞跃式发展，给人们生活方式、工作模式以及政治、经济等方面带来了极其深远的影响，人们一直在追求更高性能的移动通信网络。 目前，第四代移动无线G）已经基本普及。但是随着智能终端的普及，物联网、工业互联网和智能工厂的发展，当前的系统渐渐已经无法满足用户对日益增长信息传输的需求。一些新挑战接踵而至，如频谱危机、能耗剧增等。在这样的大背景下，第五代（Fifth Generation，5G）无线通信网络顺势而生。相比于4G网络，5G的设计目标是能够达到1000倍于4G网络的系统容量，10倍的频谱效率、能量效率、数据速率和25倍的平均小区吞吐量[1]，并且能够实现整个世界无处不在的通信。在现今的通信环境中，大量的宏蜂窝、微蜂窝以及不同类型的用户等不同层次的网络元素构成了一个多层次、高密度重叠覆盖的异构网络系统，这将是 5G 网络大显身手的场所。这样的一个密集分层的异构网络结构中，如何有效地对网络的无线资源进行分配和调度，满足无线设备的服务质量需求，提高整个网络系统性能降低系统能耗、提高频谱效率都是目前急需要解决的问题。 二、移动通信技术演进 移动通信网络技术发展至今，1G、2G、3G 和4G，每一代都有一个十年的发展周期，每一代，都给人们的生活带来了极大的变化。 尽管移动通信技术经过了30 年的发展与更新，比起第一代移动通信系统，其数据传输速率已经大大提高，可是目前在这个数据传输大爆炸的21 世纪，移动通信服务仍然面临着巨大挑战。因此，研究有关于5G 移动通信的关键技术已是目前的发展趋势，而5G 也将在不久的将来代替3G、4G 变成新一代的移动通信技术 （一）第一代移动通信系统（1G） 是模拟式通信系统，模拟式是代表在无线传输采用模拟式的FM调制，将介于300Hz到3400 Hz的语音转换到高频载波频率MHz上。该套通信系统在上个世纪90年代初期实现了商业化应用，但由于模拟通信系统有着很多缺陷，经常出现串号、盗号等现象以及高昂的通讯资费，该套系统在1999年，A网和B网正式关闭。 （二）第二代移动通信系统（2G） 是数字式通信系统，有GSM、CDMA两种标准。从模拟调制进入到数字调制也成为了1G与2G的分水岭。相比于第一代移动通信系统，第二代移动通信系统具备高度的保密性、系统的容量也得到相应的增加、同时也能提供多种业务服务，从2G开始，手机也能上网了。数字调制网络具有以下优点：频谱利用率高，有利于提高系统容量；提供多种业务服务，提高了系统的通用性；高噪声、抗干扰、抗多径衰落能力强；能实现有效、灵活的网络管理和控制；通信的保密安全更佳易于实现；同时设备成本和资费成本也低[2]。 （三） 第三代移动通信技术（3G） 是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术[3]。1940年，美国女演员 海蒂·拉玛和她的作曲家丈夫乔治·安塞尔提出一个Spectrum（频谱）的技术概念，这个被称为“展布频谱技术”（也称码分扩频技术）的技术理论最终演变成3G技术，展布频谱技术就是3G技术的根本基础[4]。3G技术有很多标准，其中中国提交的TD-SCDMA，与欧洲WCDMA、美国CDMA2000成为 3G时代最主流的三大标准，而其中的CDMA曝光率最高，它是一种码分多址技术。 具体地，TD-SCDMA的全称为Time Division-Synchronous CDMA（时分同步CDMA），该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出，但技术发明始于西门子公司，TD-SCDMA具有辐射低的特点，被誉为绿色3G。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。 WCDMA，全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。WCDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。该标准提出了GSM（2G）-GPRS-EDGE-WCDMA（3G）的演进策略。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。 CDMA2000是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。 3G服务能够同时传送声音及数据信息，3G下行速度峰值理论可达3.6Mbit/s（一说2.8Mbit/s），上行速度峰值也可达384kbit/s。 （四）第四代移动通信技术（4G） 随着 数据通信与 多媒体业务需求的发展，为适应移动数据、 移动计算、高速数据传输及移动 多媒体运作需要而兴起。 4G是集 3G与 WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等[5]。 4G可称为广带 (Broadband) 接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力，数据率超过UMTS，是支持高速数据率（2～20Mb/s）连接的理想模式，上网速度从2Mb/s提高到100Mb/s，具有不同速率间的自动切换能力。 4G是多功能集成的宽带移动通信系统，在业务上、功能上、频带上都与第三代系统不同，会在不同的固定和无线平台及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务，比第三代移动通信更接近于个人通信。第四代移动通信技术可把上网速度提高到超过第三代移动技术50倍，可实现三维图像高质量传输。 4G能自适应资源分配，处理变化的业务流、信道条件不同的环境，有很强的自组织性和灵活性。能根据网络的动态和自动变化的信道条件，使低码率与高码率的用户能够共存，综合固定移动广播网络或其他的一些规则，实现对这些功能体积分布的控制[6]。 4G 移动系统网络结构可分为三层：物理 网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。 4G有两个主要的国际标准，即LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)。具体地： LTE-Advanced就是LTE技术的升级版，其正式名称为 Further Advancements for E-UTRA，它满足 ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。LTE-Advanced是 一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命，相当于HSPA和WCDMA这样的关系。LTE-Advanced具有 100MHz 带宽、下行1Gbps，上行500Mbps的 峰值速率、下行30bps/Hz，上行15bps/Hz的峰值频谱效率、能针对室内环境进行优化、有效支持新频段和大带宽应用、峰值速率大幅提高，频谱效率有限的改进等特点。 WirelessMAN-Advanced事实上就是WiMax的升级版，即IEEE 802.16m标准，802.16系列标准在IEEE正式称为WirelessMAN ，而WirelessMAN-Advanced即为IEEE 802.16m。其中，802.16m最高可以提供1Gbps无线G无线m可在“漫游”模式或高效率、强信号模式下提供1Gbps的下行速率。该标准还支持“高移动”模式，能够提供1Gbps速率。其具有提高网络覆盖，改建链路预算、提高频谱效率、提高数据和VOIP容量、 功耗节省等优势。 （五）第五代 移动通信技术（5G） 5G是 4G之后的延伸，正在研究中，5G网络的理论下行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25GB/s）。目前还没有任何电信公司或标准订定组织（像 3GPP、 WiMAX论坛及 ITU-R）的公开规格或官方文件提到5G标准。但在2018年5月，3GPP已在韩国釜山召开会议，此次会议完成了5G第一阶段标准，所有工作组——从RAN1工作组到RAN5工作组，共同确认了最终技术。此次会议还将确认5G终端的一致性测试方法。5G独立组网标准（SA），会议的结果将在近期公布。 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，具体地，可以用图1来描述时代对5G技术提出的要求。5G移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合，构成新一代无所不在的移动信息网络，满足未来10?年移动互联网流量增加1000倍的发展需求。因此，需要我们开展全方位的研究，明确5G的业务和关键技术指标，为5G技术发展和系统设计指引方向。 图1 5G应用蓝图 SHAPE 图1 5G应用蓝图 三、5G通信的发展概况 （一）国内发展状况 在我国，早在2009 年华为公司就提出了5G 技术未来的发展愿景，并且对其进行了先期研究。经过几年的不断探索，华为于2016 年4 月已宣布在成都完成了IMT-2020 5G 技术推进组第一阶段关键空口技术验证以及性能测试，其结果完全符合预期。同时，工信部十分重视有关于5G 的技术研发以及标准研制，其研发组已计划在2016 到2018 年分三个阶段实施有关于5G 的研发实验: 分别为5G 关键技术实验、5G 技术方案验证及5G 系统验证。2016 年5 月31 日，为了引导全球5G 标准技术的统一意见，由中国5G 推进组联合欧盟5G PPP、日本5G MF、韩国5G 论坛等在北京召开了第一届以“构建5G 技术生态”为主题的大会。在会议中与欧美日韩等国家建立了5G 合作机制，为积极推进5G 发展做出了巨大的贡献。 2017年11月15日，工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》，确定5G中频频谱，能够兼顾系统覆盖和大容量的基本需求。 2018年2月27日，华为在MWC2018大展上发布了首款3GPP标准5G商用芯片 巴龙5G01和5G商用终端，支持全球主流5G频段，包括Sub6GHz(低频)、mmWave(高频)，理论上可实现最高2.3Gbps的数据下载速率。 2018年4月25日，中国首家基于5G最新标准的端到端开放实验室宣布成立，并进行了4K超高清5G VR线月，华为助力浙江移动率先在杭州建成首个基于3GPP标准的5G端到端试验站点，并共同联合合作伙伴完成了部分5G行业应用场景展示。预计到年底华为将助力浙江移动在杭州建成微服务化核心网和超过百个5G试验站点，

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