无线通信技术及5G关键技术介绍

西安电子科技大学简明微波大作业

无线通信技术史及5G关键技术简介

姓名：张健康 学号：02121222 姓名：王晨阳 学号：02121202

姓名：王李宁 学号：02121209

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[摘 要] .............................................................................................. 2 1．引言 ............................................................................................ 3 2．无线通信技术概念 ..................................................................... 3

2.1 3G即将成为过去 .............................................................. 3 2.2 4G 是现在 ........................................................................ 4 2.3 5G是未来 ....................................................................... 5 2.4各国研究进展 ...................................................................... 6 3．5G性能指标 ............................................................................... 7 4．5G关键技术 ............................................................................... 8

4．1 新型多天线技术 .............................................................. 8 4．2 高频段的使用 .................................................................. 9 4．3 同时同频全双工 .............................................................. 9 4．4终端直通技术（D2D）..................................................... 9 4．5 密集网络 .......................................................................... 9 4.6新型网络架构 .................................................................... 10 5．结束语 ...................................................................................... 10

中国--机遇与竞争并存 ............................................................ 11 参考文献： .................................................................................... 11

[摘 要]

第五代通信系统是面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系

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统，它是一个多业务技术融合的网络，通过技术的演进和创新，满足未来广泛的数据、连接的各种业务不断发展的需要，提升用户体验。本文首先介绍5G的概念，然后阐述了5G的性能指标，重点对5G的关键技术进行论述，这些关键技术包括新型多天线技术、微波段的使用、同时同频全双工、设备间直接通信技术、自组织网络。

[关键词] 5G；无线通信；关键技术；移动通信技术

1．引言

4G网络部署正在如火如荼地进行时，关于5G的研究也拉开了序幕。2012年，由欧盟出资2700亿欧元支持的5G研究 项 目METIS（Mobile and Wireless Communications Enablers for the2020Information Society）[1]正式启动，项目分为八个组分别对场景需求、空口技术、多天线技术、网络架构、频谱分析、仿真及测试平台等方面进行深入研究；英国政府联合多家企业，创立5G创新中心，致力于未来用户需求、5G网络关键性能指标、核心技术的研究与评估验证；韩国由韩国科技部、ICT和未来计划部共同推动成立了韩国“5G Forum”，专门推动其国内5G进展；中国，工业和信息化部、发改委和科技部共同成立IMT-2020推进组，作为5G工作的平台，旨在推动国内自主研发的5G技术成为国际标准。可见，对于5G的研究，许多国家或组织都在积极地进行中，未来5G技术将使人们的通信生活发展到一个全新的阶段。

2．无线通信技术概念

GSM是第一代的无线通信技术为模拟技术，采用的是频分多址方式，频谱的利用效率非常低下。GSM诞生之初的目的为使用数字技术取代模拟技术，提高语音通话的质量，提高频谱利用效率，降低组网成本。GSM可以说是迄今为止最为成功的无线通信技术，可以实现全球漫游。GSM主要解决的是语音通话问题，而随着对移动数据的要求提高，提出了第三代移动通信技术(3G)。

2.1 3G即将成为过去

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3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G

存在3种标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。

中国国内支持国际电联确定三个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA，GSM设备采用的是时分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术，国际电联确定三个无线接口标准，分别是美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA。

第三代无线通信技术的最大的技术特征是采用了码分多址技术(CDMA)，由于全球各国看到了移动通信技术方面的巨大的利益，提出了互不相关的三个制式的通信技术，导致了全球3G网络的事实上的割裂，全球的漫游的便利程度远不如GSM。3G在发展过程中随着技术的发展提出了多个版本，数据业务速率一直在提高，但是受制于CDMA技术，频谱利用效率会有极限，而且随着4G的到来，其发展最终停止了。

2.2 4G 是现在

4G第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。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。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。 4G网络是一个基于数据业务的网络，最大的优点是数据速率方面的提高。与3G最大的技术上的区别是采用了OFDM编码，频谱利用效率已经有了极大的提高，而且FDD和TDD两种制式仅仅是在空口上有区别，实际上可

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以认为一种技术。4G网络并不象2G/3G网络一样支持语音通路，采用VoLTE技术之后可以支持语音业务，实际上这是一种IP电话，语音业务的数据量相对于数据业务来说是非常小的，部署VoLTE之后，4G网络的语音业务容量可以说是接近无限的。类似于模拟到数字转换的GSM协议，4G协议有希望取得一样的成功。4G网络的最大的缺点是全球频段众多，现在3GPP划分的4G频段共有44个，频率从700MHz到3.6GHz，导致在设计终端的时候非常复杂，如现在的国内的全网通手机需要支持GSM/CDMA/WCDMA/TDSCDMA/EVDO/TDD-LTE/FDD-LTE，频段多达17个，即使支持如此之多的频段，全球漫游上还是需要使用GSM网络进行。

2.3 5G是未来

5G（5th-generation）是第五代移动通信技术的简称。5G弥补了4G技术的不足，在吞吐率、时延、连接数量、能耗等方面进一步提升系统性能。它采取数字全IP技术，支持和分组交换，它既不是单一的技术演进，也不是几个全新的无线接入技术，而是整合了新型无线接入技术和现有无线接入技术（WLAN，4G、3G、2G等），通过集成多种技术来满足不同的需求，是一个真正意义上的融合网络。并且，由于融合，5G可以延续使用4G、3G的基础设施资源，并实现与4G、3G、2G的共存。

随着用户需求的驱动，对包括传输技术和网络技术在内的5G关键技术提出了极大的挑战。5G将通过更高的频谱效率、更多的频谱资源以及更密集的小区部署等，共同满足移动业务流量增长的需求。在网络容量方面，5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍；在传输速率方面，典型用户数据速率将提升10到100倍，峰值传输速率可达10Gbps（4G为100Mbps）；同时，端到端时延缩短5-10倍，频谱效率提升5-10倍，网络综合能效提升1000倍。

5G通信下手机的无线下载速度最快可达每秒3.6Gbps（千兆，数据传输速度单位，1Gbps = 1024Mbps），较LTE（泛称准4G）的75Mbps（兆）快数百倍。使用该技术下载一部超高清电影文件最多仅需1秒时间，容量较大的3D电影和游戏等亦能实现秒传。

5G技术的提出总体来说还是要提高数据通信的速率，同时降低单位数据业务的成本。从目前公布的主要技术，如：密集网络部署，多天线阵列技术，用户速率，发射功率，能耗效率等关键技术和5G本身并无关系，在4G范围之内都可以解决，5G要做的事情还是要解决频谱利用效率的问题。而且4G受到的移动网络开放性带来的问题在5G时代还是同时存在的，密集的网络部署成本很高，而且只解决了点的问题，无法解决面的问题。点的问题还有更为廉价的解决办法就是WIFI，WIFI由于成本的关系，不需要复杂的基站和网络中心等基础设施建设，发展速度大大的快于移动通信技术，802.11ad标准已经可以达到5Gbps的通信速度，而且WIFI诞生之初就是点的解决方案，不存在面的问题，而且由于成本低廉，多部署几个点不是问题。