5G移动通信关键技术分析

 2021年2月25日第38卷 第4期

Telecom Power Technology

Ｆｅｂ．　２５，　２０２１　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．４　

doi：10.19399/.2021.04.045

通信技术

5G移动通信关键技术分析

彭正方

（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南 长沙 410000）

摘要：随着信息技术的发展，数据流量和智能终端数量持续增加，4G移动通信容量、传输速率以及频谱逐渐

无法满足实际需求。基于此，5G移动通信技术应运而生，其理论通信速度高、能耗低、覆盖面广且延迟小，是新一

代通信技术的主要发展方向。通过介绍5G移动通信的发展情况，分析其发展驱动力与关键技术，并进一步探讨5G

技术的未来发展趋势，以期为相关人员提供参考。

关键词：5G移动通信；驱动力；D2D；MIMO

Key Technology Analysis of 5G Mobile Communication

PENG Zhengfang

(Hunan Planning ＆ Designing Institute of Posts ＆ Telecommunications Co., Ltd., Changsha 410000, China)

Abstract: With the development of information technology, data traffic and the number of intelligent terminals

continue to increase, 4G mobile communication capacity, transmission rate and spectrum gradually can not meet the

actual needs. Based on this, 5G mobile communication technology comes into being. The theoretical communication

speed is high, low energy consumption, wide coverage and small delay, which is the main development direction of the

new generation of communication technology. This paper first defines the development of 5G mobile communication,

analyzes the driving force and key technologies of 5G mobile communication development, and further discusses the

future development trend of 5G mobile communication, in order to provide reference.

Keywords: 5G mobile communication; driving force; D2D; MIMO

0 引 言

5G是第五代移动通信技术的简称，具有数据速率

高、延迟低以及容量大等特点，是现阶段通信行业发

展的重点内容。目前5G技术产业化已经取得了初步成果，

是我国新一代信息基础建设的重要组成部分

[1]

。

用芯片巴龙5G01及终端设备。据工业和信息化部新

发布的统计数据，我国已建成全球最大5G网络，截

至2020年底，开通5G基站数量超过71.8万个。此外，

5G终端市场也在快速跟进，2020年1～11月国内

5G手机累计出货已经达到了1.44亿部，上市5G机

型199款。

1 5G移动通信概述

5G是近年来移动通信领域的研究热点，它将

24 GHz以上频段的毫米波运用于移动宽带通信，实

现了更大容量且更多频谱的新型部署场景

[2]

。

自2013年起，欧盟开始斥巨资研发5G相关技术。

紧随其后，韩国SUMSUNG公司宣布已成功攻克5G

关键技术，利用64天线单元自适应阵列，在28 GHz

频段实现1Gb/s数据传输，通信速率比4G LTE快了

近100倍。此后，各国均在持续跟进5G研究，并逐

步推进公众测试与商用

[3]

。

国内5G研究方面，2009年华为就开始了相关研

究。2016年工信部明确提出5G将是未来新一代通信

技术的主要发展方向。2018年华为与沃达丰公司合

作完成第一个5G通话测试，同年发布了首款5G商

2 5G移动通信发展驱动力与关键技术

2.1 5G移动通信发展驱动力

收稿日期：

2021-01-19

作者简介：

彭正方（1982-），男，湖南益阳人，本科，工

程师，主要研究方向为通信技术。

5G移动通信发展的驱动力主要有两种，一是4G

技术的全面商用；二是移动数据需求呈爆炸性增长态

势，亟需开始5G技术研究。基于移动通信网络的发

展和移动数据流量的暴涨，网络能耗、比特成本以及

频谱需求将进一步增加，而可用频谱呈大跨度和碎片

化的特点，难以实现频谱高效利用。为解决上述挑战，

亟需发展新一代5G移动通信技术

[4]

。

2.2 5G移动通信关键技术

目前5G技术的发展路线主要分为演进型和革

命型。演进型是在LTE系统的基础上考虑后向兼容，

引入增强型技术，增大系统容量，主要技术包括小型

化基站相关技术。革命型是指5G网络架构全面创新，

采用新型网络拓扑和接入网架构，核心网引入软件定

义网络、网络功能虚拟化以及移动内容分发网络等

[5,6]

。

5G通信概念模型如图1所示。

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彭正方：5G移动通信

关键技术分析

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图1 5G通信概念模型

2.2.1 超密集异构网络部署

从2G到3G、4G，蜂窝小区的半径呈持续缩小态势，

小区密度增加，由此实现网络容量的快速增大。基于

5G技术构建超密集蜂窝，可带来数十倍的网络容量

增益

[7]

。

5G网络架构中移动蜂窝式转向分布式与异构式，

如图2所示。密集异构网络支持用户自定义部署，采

用封闭式接入方式，使传输功率出现差异化，在通信

传输过程中易受到干扰，对此需合理选择干扰管理和

抑制措施。针对干扰问题，目前国内主要采取两小区

协作处理方法。基于5G网络的发展，未来会出现“多

网并存”的情况，层间与层内干扰更为复杂，通信干

扰的消除直接关系到通信资源的利用率。

络的参与者共享拥有的部分硬件资源，这些共享资源

可以被其他用户直接访问，不需要经过中间实体。蜂

窝系统覆盖范围小、信息容量低、功耗大且组网灵活

性较差。通过运用D2D通信技术，可对现有蜂窝通

信进行补充，增大无线数据流量，提高通信稳定性。

在完成场景标准化布置后，还需解决蜂窝通信与D2D

通信的资源共享问题等。

2.2.3 MIMO通信系统

MIMO主要利用发送端和接收端之间的多天线形

成通信链路，其无线信道自由度大，可容纳更多的通

信数据。在带宽和总发送功率相同的情况下，MIMO

可增大系统吞吐量，延长通信距离。基于5G技术的

发展，MIMO技术得到延伸，在基站侧设置大规模天

线阵列，基于空分多址原理向用户提供信息通道，从

而保障用户通信的安全性与稳定性。

2.2.4 绿色通信技术

5G通信中智能化技术的应用可在保证用户体验

的同时，实现异构网络的节能部署。根据工信部相关

信息，预计到2025年，累计新建5G宏基站数量约

为435万座，年耗电量为1 134亿千瓦时。基于此，

5G通信技术未来的发展需以节能为重点，减小基站

能耗，动态调整资源与传输功率，调节服务区内用户

量，同时优化网络部署与拓扑结构。

图2 超密集LET-B背景下异构网络部署

2.2.2 D2D通信技术

D2D通信技术是指两个对等的用户节点直接进

行通信的一种通信方式。由D2D通信用户组成的分

布式网络中，每个用户节点都能发送或接收信号。网

3 5G移动通信未来发展趋势

近年来，我国在5G技术方面的研究不断深入，

且取得了不少成果，未来几年将实现5G全面覆盖。

（下转第142页）

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4 结 论

文中对多进制LDPC码的编译方法进行了分析，

对比了二进制、四进制以及八进制LDPC码仿真，对

不同的构造方式和编码算法进行了仿真，验证了多进

制LDPC码的优势。二进制LDPC编码的复杂度较低，

误码出现时间较晚。在某些条件下，多进制LDPC码

可以具备与二进制LDPC码相接近的性能，但是算法

复杂度相对较高，需要寻求新的方法以降低LDPC码

算法的复杂度。

参考文献：

[1] 胡中豫.现代短波通信[M].北京：国防工业出版社，

2003.

[2] 马 卓，杜栓义.基于量化的LDPC译码算法的高效实

现[J].电子与信息学报，2011，33（9）：2273-2277.

[3] 包 昕，周磊砢，何 可，等.LDPC码稀疏校验矩

阵的重建方法[J].电子科技大学学报，2016，45（2）：

191-196.

[4] 陈发堂.改进的非规则QC-LDPC译码算法和结构[J].

光通信研究，2020（6）：1-4.

[5] 王欣婷.一种多进制LDPC码动态扩展最小和译码算

法[J].通信技术，2020，3（11）：2627-2634.

[6] 谢大平.多进制QC-LDPC码编译码算法研究[D].西

安：西安电子科技大学，2010.

[7] 李剑凌.基于最小和算法的QC-LDPC译码器的

FPGA实现[J].应用科技，2020，47（5）：35-40.

[8] 吴 朝，王玥琳. RS码、RS-Turbo码的纠错性能分

析[J].科技经济市场，2016（8）：190-191.

[9] 牛小东.基于QR码的广义LDPC码的优化设计与性

能分析[D].重庆：重庆邮电大学，2020.

[10] 邓 熠.基于短码的LDPC译码算法改进研究及

FPGA实现[D].重庆：西南大学，2020.

（上接第139页）

为全面推广应用5G技术，还需进一步加强基础设施

建设，解决实际问题，获得最佳使用效果

[8]

。5G移

动通信未来发展趋势主要包括3个方面。

一是覆盖范围扩大。明确5G移动通信基础设施

严重缺失的地区，并采取相应的密闭措施为5G技术

推广提供可靠支撑，保证5G移动通信传输的稳定性

和安全性。2021年预计再建130万个5G基站，基站

总数超200万，覆盖部分重点乡镇。

二是落实5G商用，包括5G+超高清4K/8K视频、

车联网、智能电网、VR/AR以及智慧城市等

[9,10]

。其

中，5G+超高清4K/8K视频是目前最明确的发展方向，

预计2022年高清视频市场规模超2.5万亿元。此外，

工业互联网将成为5G最大行业应用场景，5G+摄像

头、AGV、移动巡检、工控机以及无人机等有望成为

新商机。

三是各种5G终端产品的研发。2021年全球5G

手机出货量预计超过5亿部，以5G智能手机为运算

主力的便携式VR眼镜等产品将掀起终端跨领域整合

热潮。

规模机器间通信以及低时延通信等应用场景的需求。

参考文献：

[1] 李扬志，袁家政，刘宏哲，等.5G技术及应用研究综

述[C]//中国计算机用户协会网络应用分会2019年

第二十三届网络新技术与应用年会论文集，2019.

[2] 王军龙，王松阳，范云强，等.5G关键技术及优化

研究[C]//2019中国信息通信大会论文集（CICC

2019），2019.

[3] 黄 震，刘 军，李 洋.5G商用元年发展现状及应

用挑战[J].电力信息与通信技术，2020，18（1）：

18-25.

[4] 赵亚军，郁光辉，徐汉青.6G移动通信网络：愿景、

挑战与关键技术[J].中国科学：信息科学，2019，

49（8）：963-987.

[5] 徐勇军，彭 瑶，余晓磊，等.面向5G协作通信系

统的资源分配技术综述[J].重庆邮电大学学报（自然

科学版），2019，31（2）：143-157.

[6] 王卫斌，朱进国，王 全.5G核心网演进需求及关键

技术[J].中兴通讯技术，2020，26（1）：67-72.

[7] 廖德龄，刘怀仁，赵红阳.5G通信技术应用场景及关

键技术探讨[J].通讯世界，2019，26（1）：81-82.

[8] 孙韶辉，高秋彬，杜 滢，等.第5代移动通信系统

的设计与标准化进展[J].北京邮电大学学报，2018，

41（5）：26-43.

[9] 杨 鑫，时晓厚，沈 云，等.5G工业互联网的边缘

计算技术架构与应用[J].电子技术应用，2019，45（12）：

25-28.

[10] 王 毅，陈启鑫，张 宁，等.5G通信与泛在电力

物联网的融合：应用分析与研究展望[J].电网技术，

2019，43（5）：1575-1585.

4 结 论

综上所述，基于4G LTE技术在全球商用的成功

展开以及移动数据的爆发式增长，5G技术研发与使

用已处于全面推进阶段。5G实现移动通信系统的平

滑演进，既继承了4G中成熟的关键技术，又采用大

量改进的新技术，具有大流量密度、海量连接数、低

时延以及低能耗等优势，可满足增强型移动宽带、大