5G移动通信系统分析与研究
作者：周颖
来源：《科学与信息化》2019年第19期
摘要随着我国通信技术不断发展，4G技术的到来给人们生活提供了极大的便利，在“十三五”时期下，我国4G网络实现了全面覆盖，并逐渐朝向5G通信技术方向延伸，进一步提高移动通信服务质量。

各大通信运营商近些年纷纷建立5G通信试点城市，在2020年实现部分地区普及。

5G通信技术不仅能够提升信息传输效率，还可以提升移动网络的服务体验。

基于此，本文提出5G移动通信含义，分析5G移动通信系统的核心技术，并探究其发展趋势。

关键词 5G移动通信系统；数据传输；核心技术；发展趋势
引言
在移动通信不断发展背景下，移动网络使用费用逐渐降低，提升了人们对移动通信的依赖性。

在2012年移动终端数量首次超过PC端，截止到2018年12月末，我国智能手机普及率已经达到了90%以上。

智能手机的快速发展势必会带动移动通信发展，同时也加剧了市场竞争[1]。

在4G网络全方位普及背景下，加强5G通信技术的研究是必然趋势，我国华为集团首次研发出5G移动通信技术，并在2020年逐渐推广使用（当即还处于试点阶段），实现移动通信技术的再次突破。

由此可见，未来几年移动通信主要是朝向5G方向发展，加强5G通信系统研究有着重要意义。

1 5G通信技术阐述
5G通信技术是指第五代移动通信网络，理论上其传输速度能够达到1Gb/s，比4G网络传输速度高出百倍。

如一部2G电影可以在8s之内完成下载。

相比2G、GPRS（2.5G）、3G、4G技术，5G技术有着巨大的差异。

以上四种通信网络系统都是采用单一技术框架，而5G通信技术是上述四代技术结合，从而提升了通信网络的峰值速率，让5G移动通信网络在使用中更加稳定、安全。

作为4G移动通信网络的升级，5G网络弥补了前代通信技术的漏洞与弊端，可以满足绝大部分人群对移动网络的追求，在未来“十四五”规划期间，5G网络势必会实现全面普及。

2 5G移动通信系统中的关键技术分析
2.1 大规模MIMO
在发射机和接收机端MIMO系统使用多个天线，首先可以有效提升无线链路频谱效率。

MIMO系统提出了多用户理念，通过增加基站天线数量（比基站同时服务于相同时频块用户天线数量更多），用几百个天线同时为千万用户提供服务时，频谱效率理论上可以提升5～10倍，小区边缘用户也可以享受到理想的吞吐量[2]。

再次，每个用户信号通过预编码处理降低
简单共轭波束赋形，通过时分双工解决发射机获取信道信息的局限性，上下行同时使用相同频段，可以保证上行信号、下行信道基本保持一致。

用户在上行发送正交导频，可以估计上行信道，用作下行共轭波束赋形。

小区上行导频传输不一定是正交形式，因为导频传输资源十分有限，可能会造成“导频污染”，造成信号估计误差。

导频复用能够有效降低导频污染问题，导频序列间复用通常是在导频序列运行中邻区小区外的小区。

基站侧大量天线的成本部署，对天线技术、无线技术的要求非常高。

由于信号具有互易性，但接收信号和发送信号却非互易性。

考虑到下行、上行产生的实质差异要展开大规模天线校准。

需要注意一点，大规模MIMO系统无法提升单个用户峰值速率，这是由于自身要同时服务多个用户来提升高频效果。

2.2 软件定义网络（SDN）
SDN可以实现控制平面、数据平面分离，直接对控制平面进行编程的网络架构。

随着数据中心弹性计算、存储实现了高动态网络需求，主要是应用了SDN技术。

5G通信系统当中应用SDN，可以实现QOS管理、分组核心网、无线控制功能等。

NFV 的出现实现了网络应用、功能的虚化，提供了专门的核心网络组件、媒体服务器、管理功能等。

虚拟技术让这些程序统一在虚拟机上运行。

当今4G领域中普遍应用了NFV技术，因此5G移动通信网络也可以将NFV作为技术基础，从而满足用户多样需求和多任务处理。

应用SDN技术可以灵活的实现功能、移动性转发平面编程互连[3]。

如华为+AI，帮助企业实现数字化转型。

截至2018年底，华为云借助SDN技术已上线160+个云服务以及HCSO、HPC、游戏、金融等140+解决方案，在汽车、制造、能源化工、煤炭、基因等领域得到广泛应用，用户自定义选择面非常广泛。

2.3 信息中心网络（ICN）
5G移动通系统架构采用了新型的网络架构和协议，以安全、移动、高速作为基本设计准则，提出了ICN。

ICN注重未来互联网的发展，表现在ICN支持新通信模式，这种新的通信模式更加注重信息分发，而不是点对点之间的数据包通信。

ICN技术核心是基于互联网，重新提出应用模型要求，如拓展内容分发、安全性、移动性等等。

应用ICN可以实现计算和存储的融合，充分利用ICN和上述SDN优势，加强技术融合，可以让移动通信网络架构运行更加高效，充分利用现有资源进行计算和存储，并实现高度的可控性。

如华为在5G研发中提出了“Cloud+X”战略是以信息中心网络为基础，整合了ICN功能，其中的“X”涵盖了AI、连接、IoT、5G 、芯片、消费终端、生态等一系列关键要素。

整合到统一平台上。

在技术上做好了充分准备，目前可以提供包括计算、存储、网络的全栈全场景的ARM架构和解决方案，从研发办公、流程IT、大数据运营、终端业务移动化，都已经实现ARM Ready。

2.4 上下文感知网络
该系统可以分为三个类别，包括个性化服务、主动上下文感知、被动上下文感知。

个性化服务是由用户提供个人偏好、上下文数据；主动上下文感知可以自动适应上下文，同时可以根据客户某些需求自动触发针对性服务，并且不需要用户直接参与；被动上下文感知可以自动获取用户上下文信息，但需要用户直接参与触发。

当今我国提出了很多分层上下文感知系统框架，在不同的领域得到应用，并且这些系统框架结构大致相同[4]。

上下文感知計算是一种新型计算形态，可以同时应用到移动计算、智能技术、普通计算中，可以做到及时反映、更快适应。

上下文感知技术的核心是无线传感器网络协同。

每个WSN节点收集到信息后如果单独将数据传递到中心网关并进行数据处理，除了会导致大量能量消耗，还会缩短整个网络生命周期，最终造成网关崩溃，难以实时做到服务器响应。

所以需要采用有效的融合技术解决这一问题。

局部数据融合技术可以满足这一要求，确保数据的精准性，让网络中感知数据传输效率更高、能耗更低。

将网络中被检测空间分为不同小区，每个小区当中都有一个控制节点，可以对小区内所有传感节点进行管理，这样即可提供实时性服务。

在接收到用户请求时，控制节点向网络中心向上传递数据信息，传感计算系统获取信息之后，该节点融合所控制的区域节点，这些节点的采集的感知信息形式、感知目标基本一致，所以融合处理这些数据可以最低程度提供信息量，但是最符合实际需求的感知数据。

这样数据作为小区数据，统一传输到上一级网络中心，只需要传输一个节点数据即可，而不是传递所有数据，从而降低中心节点的承载压力，实现服务的实时性。

3 5G移动通信系统发展趋势
首先，进一步推动无线传输技术发展，相比过去几代通信技术，5G通信技术更具灵活性，减少了限制条件。

未来5G技术会进一步完善无线传输技术，提升数据传输适应性。

其次，完善系统架构，为了能够满足千万用户的流量需求，现行的5G通信系统架构还需要进一步完善，在全面推广5G技术时让架构更加稳定、完整，提升通信质量和效率。

最后，根据移动通信技术发展态势，加强频谱资源的深度挖掘，提升频谱资源利用率，优化频谱结构，这样即可拓宽频率资源获取渠道。

4 结束语
5G作为4G通信技术的升级，在质量、效率、安全上都有着明显提升，因此5G在未来有着很大的适应性。

但5G并非十全十美，需要在未来的发展中对5G通信系统、结构进一步优化，从而推动5G移动通信技术全面发展。

参考文献
[1] 周一青，潘振岗，翟国伟.第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术研究[J].数据采集与处理，2015，（4）：714-724.
[2] 李章明.5G移动通信技术及发展趋势的分析与探讨[J].广东通信技术，2015，35（4）：44-46.
[3] 方汝仪.5G移动通信网络关键技术及分析[J].信息技术，2017，（1）： 142-145.
[4] 刘影帆，孙斌.5G移动通信技术及发展探究[J].通信技术，2017，（2）：287-291.。