科技前沿
80 2016年4期
浅谈5G移动通信技术
孙智博
中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙 410000
摘要：随着4G已经投入商用，但是日益增长的数据流量以及智能终端的普及，导致4G在容量、速率等方面，已经不能令人满意。所以5G应运而生。回顾移动通信近年来的发展历程，5G具有大容量、高速率、低时延的特点。5G采用的关键技术：大规模MIMO、毫米波通信、SDN、滤波器组多载波调制技术等。
关键词：5G；大规模MIMO；毫米波通信；SDN
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-6434（2016）04-0080-01
1 发展背景
近几十年来，移动通信行业发展迅猛，从第一代移动通信发展到现在以OFDM核心技术为主的第四代移动通信，人们不断享受着科技进步给生活带来的精彩的同时，对5G更加期待。对于5G的需求，主要分为以下两个方面：网络需求和用户体验。从网络需求的角度来看，以下几点需求比较关键：（1）更大容量；（2）多网融合；（3）容易部署；（4）运营简单；（5）节约能源，提高效率。
用户需求是通信行业发展的推动力，从用户需求的角度来看：（1）更快的速度；（2）更低的时延；（3）更加大的覆盖范围；（4）更好的移动性。5G移动通信的出现，将会加快通讯行业与其他行业的融合，更好地提升用户体验，使人们可以无时不刻地使用无线设备来进行即时互动。这样，使得更加多的“物体”连入网络，整个社会更加智能化，推动社会发展。
2 主要技术
（1）大规模MIMO。大规模MIMO通过在基站收发信机上使用超过64根天线，以此实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。这种方式从根本上改变了现有标准的基站收发信机架构。由于通过的天线单元进行通信，大规模MIMO可以通过预编码技术集将能量集中到目标移动终端上，从而降低了辐射功率。[1]
（2）毫米波通信。由于当今通信所用的频谱资源十分短缺，但是毫米波频段（3GHz～60GHz）资源很丰富，还未被充分利用，并且随着基站天线数目越来越多，密度越来越大，为了在有限空间内部署更加多的天线，只能减短天线长度，所以通信的波长也不能太长，所以毫米波切合需求。
（3）软件定义网络SDN。该技术主要是将控制与转发分离，只需要在网络硬件设备的底层进行转发，在上层进行控制，进而将整个网络都实现可编程化。[2]
（4）基于滤波器组多载波调制技术。这一技术常见的有FBMC/UF-OFDM/GFDM/BFDM等。其实都是OFDM（正交频分复用）的改进，而OFDM技术虽好，但也存在频谱旁瓣高、对同步性要求高的缺点。且随着物联网、机器与机器间通信的普及，通信会对异步要求越来越高。基于这些，上述新型多载波技术的发展也是相当必要的。
（5）致密组网和异构网络。该技术是为了适应不断增大的小区密度，从而增大系统容量、频谱复用率等。满足更多的用户需求，提升用户体验。
（6）认知无线电。在不改变现有频谱分配的情况下，为了在有限的频谱内提供频谱动态接入的机制，进而提供更为高效的频谱利用率，我们引入频谱共享技术。目前，发展最为迅速的频谱共享技术就是认知无线电技术。它具有灵活、智能、可重配置等优良特性，通过感知外界环境特点，并从环境中不断学习，有目的地实时改变一些操作参数，从而可以实现任何时间、任何地点的高可靠性通信以及对有限的无线频谱资源进行高效利用。认知无线电的主要思想就是通过频谱感知和系统的智能学习能力，从而实现动态利用频谱和频谱分享。认知无线电中，次级用户通过动态地搜索频谱空穴进行通信，这种技术称为动态频谱接入。当主用户已经占用某个授权频段时，次级用户必须立刻从该频段退出，去搜索其他空闲频段完成自己的通信。
3 难点技术
个人认为大规模MIMO和基于滤波器组的多载波比较难实现。大规模MIMO带来的好处是：（1）空间分辨率与现有MIMO 相比显著增强，使得网络中的多个用户可以在同时在同一个频率资源上与基站同时进行通信，从而提高信道容量；（2）大规模 MIMO 可将无线电集中在很窄的范围内，从而大幅度降低干扰。（3）可大幅降低发射功率，从而提高功率效率。（4）当天线数量足够大时，最简单的线性预编码和线性检测器趋于最优状态，并且噪声和不相关干扰都可忽略不计。但是也存在以下难点：（1）如何给信道合理建模。LTE 研究中常用模型需要修正。而成熟的信道模型是要经过大量的外场实测得出一些参数，然后用于计算机仿真。（2）空分多址方案。就是如何对一个大维矩阵在某个域内稀疏化，从而挖掘空间资源。（3）信道参数估计。上下行链路的数据传输需要对信道参数进行估计，天线数目过多，需要估计的量也会过多，导致开销过大。
基于滤波器组多载波调制技术正是为了代替OFDM。OFDM 的以下缺点使其难以满足新场景下的需求：第一，各子载波之间必须同步以保持正交性，在小区存在很多传感节点时，高要求的同步的代价将很难做到；第二，OFDM采用方波作为基带波形，载波旁瓣较大，难以利用碎片频段。所以，基于滤波器组多载波调制技术就是要解决OFDM的缺陷之处，但是替代OFDM谈何容易。
参考文献
[1]秦飞，康绍丽.融合、演进与创新的5G技术路线[J].电信网技术，2013（9）：10.
[2]王佩，陈金鹰，喻恒彦.5G进展与关键技术分析[J].通信与信息技术，2015（6）：57-58.
5G移动通信发展趋势及关键技术 摘要：第5 代移动通信系统(5G) 是面向2020 年之后的新一代移动通信系统, 其技术发展尚处于探索阶段。结合国内外移动通信发展的最新趋势, 对5G 移动通信发展的基本需求、技术特点与可能发展途径进行了展望, 并分无线传输和无线网络两个部分, 重点论述了富有发展前景的7 项5G 移动通信关键技术, 包括大规模天线阵列、基于滤波器组的多载波技术、全双工复用、超密集网络、自 组织网络、软件定义网络及内容分发网络。本文还概括性地介绍了国内5G 移动通信的相关研发活动及其近期发展目标. 关键词：5G 关键技术；发展趋势；无线传输技术；无线网络技术 1 概述与总体趋势 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。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。5G 移动通信系统的应用领域也将进一步扩展，对海量传感设备及机器与机器(M2M) 通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。未来5G 系统还须具备充分的灵活性，具有网络自感知、自调整等智能化能力，以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。5G 已经成为国内外移动通信领域的研究热点。2013 年初欧盟在第7 框架计划启动了面向5G 研发的METIS (mobile and wireless communications enablers for the 2020 information society) 项目，由包括我国华为公司等29 个参加方共同承担; 韩国和中国分别成立了5G 技术论坛和IMT-2020(5G)推进组，我国863 计划也分别于2013 年6 月和2014 年3 月启动了5G 重大项目一期和二期研发课题。目前, 世界各国正就5G 的发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标及使能技术进行广泛的研讨，力求在2016 年后启动有关标准化进程。 移动互联网的蓬勃发展是5G 移动通信的主要驱动力。移动互联网将是未来各种新兴业务的基础性业务平台，现有固定互联网的各种业务将越来越多地通过
浅析5G移动通信技术的发展前景及应用 摘要在移动通信技术飞速发展，并且已经广泛地运用到大众的日常生活中的今天，移动通信技术为人们的生活带来了诸多便利。随着人们对互联网和移动终端的需求愈发强烈，特别是物联网的发展，对网络通信速度有着更高的要求，这些产业需求无疑是推动5G网络发展的重要动力。但是目前，5G移动通信技术依然是探索性阶段，本文将针对性阐述5G移动通信技术研究过程中的一些关键性技术，展望移动通信技术的未来发展，以期促进5G移动通信技术的发展。 关键词5G移动通信技术；发展方向；关键技术 前言 随着移动通信技术被广泛运用到大众的生活，大众对于移动通信技术也提出了更高的要求。移動通信技术在保证自身功能日趋完善的同时，也要满足用户日益复杂、多样的需求。5G技术正是在这样的前提下诞生的，并且具备高功能性和高效能，为客户提供更加丰富多样的应用体验。有科学家指出，5G技术目前还处于研究阶段，在未来的几年里，4G还将保持移动通信行业的主导地位，并依旧在持续高速发展。但5G 移动通信技术很有可能在2020 年正式进入市场，并逐渐被广大用户接受和认可。本文将以5G移动通信技术为依托，探究与5G 相关的关键性技术和其未来的发展趋势。 1 5G移动通信技术的未来发展前景 5G，是第五代移动通信技术的简称。相比于4G技术，5G将是移动通信技术革命性的转变。5G技术专为互联网而生，且相比于4G技术，它将拥有更大的容量，更快的响应速度，更多的设备支持，更短的时间消耗，更低的功耗要求[1]。从用户体验来看，在5G技术支持下，下载一部高清电影只需要几秒钟的时间。换言之，5G的出现就是要为用户提供更高效、更快捷、更方便、更全面的优质服务。该技术可以通过智能手机、可穿戴通信设备和智能物联网设备等移动设备终端实现更广泛的连续覆盖。相比于4G技术只能满足智能手机的技术需求的局限，5G移动通信技术将为未来物联网的发展提供超大的带宽，它的容量将会是目前广泛应用的4G技术的1000倍，真正实现“万物皆可联”的梦想，这为智能家居生活，智能办公需求等提供前所未有的发展空间。是21世纪最具革命性的技术变革。 2 5G移动通信技术中的关键性技术应用 5G移动通信正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。它将从前“人与人”的沟通，转变为”人与物”、“物与物”的沟通。将为人们在获取信息、感知信息、参与信息制造和控制信息的能力上带来革命性的飞跃。5G技术的研发不会孤立进行，开发过程中也将吸收4G的优秀技术特性，如wifi局域网和蜂窝网，将会形成一个更智能、更广泛的网络新体系。随着各种智能新产品
浅谈5G移动通信技术发展现状及未来趋势 刘远石 （通信工程 1312402-11） 摘要：随着现代社会的快速发展，现代科学技术的发展也日新月异，而通信技术方面的技术变革，更是站在当今发展最快的技术变革行列的前茅。4G移动网络是我国当前正大力推广的移动通信技术，现已发展的十分成熟，而5G移动网络则是面向2020年的第五代移动通信技术。很多国家自2013年起就开始研究5G移动网络，目前我国5G移动网络正处于探索阶段。文章根据我国5G移动网络应用现状，对5G移动网络的发展趋势进行了分析与预测。 关键词：5G、移动通信、发展现状、未来趋势 1、5G发展现状及应用前景 随着社会经济以及科学技术的不断发展，移动通信技术也有突飞猛进饿进步和发展。从2G到3G，再到当前的4G，短短几年移动通信技术有质的飞跃。不同类型的通信技术具有各自的发展阶段和技术特点。接下来的通信技术朝什么方向发展，有什么创新技术，这些都是人们对移动通信技术发展的期望和关注点。5G通信技术是接下来发展的趋向，也将成为新一代的的移动通信系统。每一代网络的出现与应用都是对移动网络技术进步的充分肯定与证明。为进一步促进移动网络技术发展，加快新一代5G移动网络的来临，有需要对5G移动网络应用现状与发展趋势进行关注与分析。5G是未来十年的发展方向，在2020年以后将成为第五代的移动通信系统。根据以往的移动通信技术发展的规律分析，5G应具有着超高的频谱利用率及利用能效，在传输速率和资源的利用效率方面，将比现今的4G技术有一个高度和质的提升，在其无线信号的覆盖性能、传输时效、通信安全及用户体验方面也将会有明显的提高和进步。[1]5G移动通信技术和其他无线移动技术有着深入的联系和结合，形成了新一代的全面性的通信网络。满足未来十年互联网移动通信网速的1000倍要求。未来5G移动通信还须很强的灵活性，可实现自动化和智能化的网络调整。移动互联网技术的发展为5G移动通信提供了动力基础。移动互联网将成为未来各种技术的基础性平台。当前的移动通信技术和无线技术将成为5G通信系统的基础，但有着更高的通信传输质量和系统效率的要求。未来5G技术的发展方向将在三个方面得到提升：（1）无线传输效率；（2）通信系统的智能化和系统吞吐率；（3）无线通信频率资源。当前科学信息技术处于新的发展和变革时期，5G技术的发展将有这样的特点：一，更加注重用户的体验，提高和改善通信网络的传输速率、吞吐效率及3D等下能力，将成为5G性能的重要指标；二，完善和健全网络，实现多点、多面、多用户多无线，提高系统性能；三，5G技术将实现无处不在的无线信号覆盖，优化系统的设计目标；四，充分利用高频段频谱资源，实现5G的普遍广泛应用；五，可灵活化的配置5G移动无线通信网络，相关通信运营商科根据实时的流量动态调整网络资源，降低成本和消耗。 5G移动通信技术，已经成为移动通信领域的全球性研究热点。随着科学技术的深入发展，5G移动通信系统的关键支撑技术会得以明确，在未来几年，该技术会进入实质性的发展阶段，即标准化的研究与制定阶段。同时，5G移动通信系统的容量也会大大提升，其途径主要是进一步提高频谱效率、变革网络结构、开发并利用新的频谱资源等。2013年初，欧盟等国家的第7框架计划中启动了关于5G的研发项目，共有29个参加方，我国的华为公司也参与其中。随着该项目的启动，各种5G移动通信技术的研发组织应运而生，如韩国成立的5G技术论坛，中国成立的IMT-2020(5G)推进组等。目前，世界各个国家正积极的就5G移动通信技术的应用需求、关键技术指标、使能技术、候选频段、发展愿景等各个方面进行全面的研讨，以期在2015年召开世界无线电大会时达成共识，在2016年后积极启动关于5G移动通信技术的相关行业标准进程。 移动互联网的快速发展是推动5G移动通信技术发展的主要动力，移动互联网技术是各种新兴业务的基础平台，目前现有的固定互联网络的各种服务业务将通过无线网络的方式提供给用户，后台服务及云计算的广泛应用势必会对5G移动通信技术系统提出较高的要求，尤其是在系统容量要求与传输质量要求上。5G移动通信技术的发展目标主要定位在要密切衔接其他各种无线移动通信技术上，为快速发展的网络通信技术提供全方位和基础性的业务服务。就世界各国的初步估计，包括5G移动通信技术在内的无线移动网络，其在网络业务能力上的提升势必会在三个维度上同步进行：第一，引进先进的无线传输技术之后，网络资源的利用率将在4G移动通信技术的基础上提高至少10倍以上；[2]第二，新的体系结构（如高密集型的小区结构等）的引入，智能化能力在深度上的扩展，有望推进整个无线网络系统的吞吐率提升大概25倍左右；第三，深入挖掘更为先进的频率资源，比如可见光、毫米波、高频段等，使得未来的无线移动通信资源较4G时代扩展4倍左右。为了提升5G移动通信技术的业务支撑能力，其在网络技术方面和无线传输技术方面势必会有新的突破。在网络技术方面，将采用更智能、更灵活的组网结构和网络架构，比如采用控制与转发相互分离的软件来定义网络架构、异构超密集的部署等。在无线传输技术方面，将会着重于提升频谱资源利用效率和挖掘频谱资源使用潜能，比如多天线技术、编码调制技术、多址接入技术等等。 5G移动通信技术的发展，在移动通信技术领域掀起了新一轮的竞争热潮，加快5G技术的研发应用，力求在5G通信领域的商业竞争中脱颖而出，已成为各国信息领域发展的重要任务。5G移动通信技术，必将会得到空前的发展，并给社会的进步带来前所未有的推动力。
技术 Special Technology D I G I T C W 专题 58DIGITCW 2019.04 现阶段，虽然4G 移动通信技术已经非常成熟，给我们的生活、工作带来了极大的便利，但是随着信息技术的不断发展，如果4G 移动通信技术依然原地踏步的话，必然会是和当前快速发展的社会产生脱节，在这种情况下，大力发展5G 移动通信就显得尤为重要。5G 作为新一代无线移动通信网络，主要是为了能够更好的满足我国2020年以后，社会对于移动通信方面的需求。和当前已经非常完善的4G 相比较而言，5G 具有高性能、低延迟，高容量，全双工的特点，能够有效的满足未来十年互联网移动通信网速的1000倍要求，这充分彰显了5G 移动通信技术的优越性。 1 5G 移动通信概述 1.1 发展现状 现阶段，4G 已经趋于完善，为了能够更好的满足人们的需求，5G 移动通信发展提上了日程。5G 移动通信不仅仅是信息技术快速发展的产物，同时也是社会不断发展的产物。早在二零一三年的时候，我国就将5G 移动通信发展列入到了863计划当中，旨在更好的满足人们的需求。在这种背景下，国家越来越重视起对于5G 移动通信的研发，并成立了专门的研究机构，着重研究5G 移动通信接下来的发展以及在研发5G 移动通信过程当中所应用的一系列的关键技术。在整个过程当中，规划了发展的目标，为接下来的研究工作打下了良好的基础。在研发5G 移动通信的过程当中，其中大部分的研究人员，均来自于高等学府以及科研机构，在5G 移动通信的发展提供了强有力的人力支撑。在二零一六年，我国开始了5G 移动通信试验，在研究的过程当中面临着非常多的艰难险阻，可谓前途一片荆棘，但是未来的发展前景也是非常广阔的，因此我们需要充分的重视起这一项工作。1.2 优势 首先，5G 移动通信和4G 移动通信相比较而言，更加注重用户体验以及通信网络的实际吞吐率，通过创新优化网络通信功能，使得通信系统更加的安全、稳定。 其次，5G 移动通信在4G 移动通信的体系机构的基础之上，通过不断完善其功能，提升可靠性，为接下来的发展打下良好的基础。 最后，5G 移动通信技术实现了更广范围的覆盖，并且运营成本会更低，借助先进的技术来对网络资源进行有效的分配，通过这样的方式，能够在很大程度上提升用户的体验度。 综上所述，5G 移动通信技术具有高性能、低延迟，高容量，全双工的优势，这是4G 技术所并不具备的。 2 5G 关键技术分析探讨 2.1 密集网络技术 密集网络技术，不仅能够在很大程度上增加系统容量，而且还能够实现对业务的分流，进而实现对网络的灵活部署。5G 移动通信网络，更加的智能化、综合化，同时也会进一步实现对智能终端设备的普及应用，在接下来的发展过程当中，数据资源更多的是应用于室内业务当中，但是，在这里需要我们指出的是， 由于网络部署呈现出密集化的发展趋势，必然会使得网络更加的复杂化，进而使得不同的网络之间出现了相互干扰的现象。在这种情况下，我们就需要积极的应用相应的消除技术来消除干扰，进而实现在热点区域的发展。2.2 高频段的传输技术 现阶段，移动通信频谱资源呈现出拥挤的状态，这主要就是由于频段过多所导致的，并且均集中在3GHz ，但是在高频段，有着非常丰富的使用资源，因此加大对于高频段资源的研发，不仅能够有效的缓解拥挤现象，而且还能够在很大程度上提升数据传输速度。在这种情况下，5G 移动通信的研发对于高频段的传输技术必然能够得到广泛应用。但是，在这里需要我们指出的是，这一项技术的信号穿透能力，在很大程度上会受到来自于气候以及距离等一系列因素的影响的，因此在接下来的研发当中，需要更进一步的对其进行优化。2.3 网络架构的新型技术 这在接下来的发展过程当中，5G 移动通信技术会通过集中化处理的方式来进行网络架构。基于此，通过积极的应用光传输网络的中心节点和天线来进行网络信息的传输，不仅极大的降低了成本，而且能够实现在更广范围内的覆盖。不仅如此，在借助网络新型架构技术的过程当中，需要设置相应的接口协议，进而借助虚拟网络设备来进行信息数据的传输。最后，借助网络架构新型技术，能够更好的实现对一些闲置资源的充分利用，这样一来，不仅避免了重复建设的现象，而且在调度全频道的过程当中，能够确保负载均衡，这对于接下来的系统维护工作来说是极为有利的，而且运营成本也会随之降低。2.4 直接通信技术 在5G 移动通信技术的支撑之下，能够将不同设备进行有效的连接，进而实现通信。在这一过程当中，不仅极大的降低了能耗，而且频谱资源的也得到了充分的利用，5G 移动通信效率以及通信质量和传统通信技术相比较而言得到了明显的提升。在5G 移动通信网络当中，积极的借助密集网络技术，能够将数据流量提升到1000倍以上。通过在室内和热点地区均衡的分布5G 网络数据流量，不仅能够在很大程度上提升用户性能，而且还能够有效的提升网络覆盖率。但是，在这里需要我们指出的是，这一技术也存在着一定的不足，举个例子来说，下在较小的范围内，极易受到一定的干扰，因此会在一定程度上影响到网络能效的提升。在这种情况下，5G 移动通信技术在接下来的发展过程当中，通过借助云计算平台就能够实现自动智能组网。2.5 D evice to Device（D2D）技术 这一项技术在系统的控制下，借助相关资源实现能够直接通信，这不仅能够促进新蜂窝通信系统频谱效率的提升，同时也能够有效的降低终端发射功率。充分的借助终端设备，进而扩大覆盖范围，实现对频谱资源的高效利用，能够在一定程度上提升网络的可靠性以及链路的灵活性，提升工作性能，在这种情况下，基站的压力也就随之降低。（下转第78页） 5G 移动通信发展现状及其关键技术探讨 刘 强 （广东省电信规划设计院有限公司，中山 528400） 摘要：现阶段，随着我国科技研发水平的不断提升，在很大程度上促进着移动通信技术的发展进步。当前，4G 网络已经实现了大面积的覆盖，给我们的日常工作以及生活带来了极大的便利，而5G 网络已经成为移动通信发展的必然趋势。基于此，本文首先概述了5G 移动通信；其次着重探讨了5G 关键技术。 关键词：5G 移动通信；发展现状；关键技术；研究分析doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.04.034中图分类号：TN929.5 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）04-0058-02
广州民航职业技术学院毕业（设计）论文：数字电路课程改革 毕业设计（论文） 题目数字电路课程改革 姓名与学号王垒14311204326 指导教师李俊凤 所在系及专业电子信息系应用电子技术
广州民航职业技术学院毕业（设计）论文：数字电路课程改革 数字电路课程改革 【摘要】在时代不断进步，科技不断发展下，专业基础课的教学方式与方法也应跟着改变。培养学生的创新能力是目前技术教育的一项至关重要的工作;在进行数字电路的教学过程中，如何培养学生的动手能力，提高其实践操作能力与增强学生技能对技校培养合格的技术人才至关重要。在新课改的不断发展下，对教学课程的改变要从多方面入手，重视实践教学是其中一项最为重要的方面，也是提高学生综合技能的一个行之有效的方法。本文从对数字电路教学模式的改革与创新着手，以理论与实践的完美结合来说明数字电路教学方式改革的重要性。 关键词：数字电路教学方式的改革实践教学
Abstract Abstract In the era of constant progress, continuous development of science and technology, the specialized basic course teaching ways and methods should also change accordingly. Develop the students' ability of innovation is a vital work of technology education at present. In the digital circuit in the teaching process, how to cultivate students' practical ability, improve their practical operation ability and enhance students' skill of technical school is very important to cultivate qualified technical personnel. Under the continuous development of new curriculum reform, changes to the curriculum should start from several aspects, emphasis on practice teaching is one of the most important aspect, is also an effective way to improve students' comprehensive skills. Based on the reform and innovation of teaching mode, the digital circuit with the perfect combination of theory and practice to illustrate the importance of teaching reform of digital circuit. Keywords: digital circuit teaching reform practice teaching