5G三大先进技术研究进展（微信文章未删减版）

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本文引用参数：林泓池,孙文彬等. 5G先进技术研究进展[J]. 电信科学, 2018(8).

本文作者

林泓池，孙文彬，郭继冲，麻津铭，周永康，于启月，孟维晓：哈尔滨工业大学

5G移动通信技术的标准制定正在如火如荼地进行中，相比前几代移动通信技术，5G面临着更复杂的业务需求、更极致的用户体验和更密集的网络架构。而且5G需要在大数据和人工智能的时代到来之前，做好万物互联的通信基础。

本文对目前5G的一些热点技术进行了简单的介绍，首先给出了5G的技术愿景和需求目标，然后对大规模天线技术、超密集组网技术和非正交多址技术3个热点技术的研究进展情况进行了简单的阐述。

1、引言

随着大数据和万物互联时代的即将到来，新任务和新需求对移动通信网络发展提出了极大的挑战，并积极地推进着4G时代向5G时代的转化。同时正值新兴技术的工业革命时期，5G作为新一代的移动通信技术，将为万物互联和人工智能的发展提供良好的通信保障。

一直以来新兴业务对通信质量的新需求和对通信环境的新愿景，促进着整个通信行业的不断发展和通信技术的不断更迭。与前几代移动通信技术相比，5G的业务类型将更加丰富、复杂，导致在面对不同业务、不同需求、不同场景的业务无法统一时，5G很难跟前几代的移动通信技术一样以某一种先进的关键技术作为基点形成解决方案来解决自己技术场景带来的困难和挑战。我国IMT-2020（5G）推进组最开始根据5G需求和愿景，分析讨论了5G所需面临的挑战和5G未来的愿景以及愿景中所需要的适用关键技术，整理发布了5G概念白皮书。而在2015年6月，国际电信联盟（ITU）正式以IMT-2020命名5G，并根据业务需求特点及应用场景的不同，定义了5G的三大应用场景：增强移动宽带（eMBB）、大规模机器类通信（mMTC）和超可靠低时延类通信（uRLLC）。2018年6月14日，国际标准组织3GPP在美国举行全体会议，5G移动通信技术标准的方案获得批准并发布，这标志着首个真正完整的国际5G标准正式出炉，5G已完成第一阶段全功能标准化工作，进入了产业发展新阶段。5G挑战与关键技术对应框图如图1所示。

图1 5G挑战与关键技术对应框图

与现有4G相比，用户数和用户需求的增加，导致网络密集化和业务多样化，同时5G还需要面对极致的性能要求，这些无疑对5G提出了极大的挑战，具体包括用户体验速率扩大10-100倍、更高的频谱利用率、毫秒级的端到端时延、大规模连接数扩大10-100倍、更低的开销以及良好的用户体验。除此之外，为了实现与前几代移动通信网络的融合、过渡和可持续发展，5G还需满足网络灵活部署和高效运营维护的要求。图1简单地描述了这些挑战以及5G独特的技术解决方案和相应的设计原则。

5G愿景的提出引发了一系列通信技术的变革和应用，在新频谱方面，有扩展频谱资源的毫米波通信技术；在通信模式方面，有大规模天线阵列技术、非正交多址接入技术和全双工通信技术；在组网模式方面，有超密集组网技术和D2D通信技术；在网络架构方面，有软件定义网络架构和自组织网络架构；在编码方面，有适用于长码的LDPC码和适用于短码的Polar码。随着这些技术的研究发展和实践，5G的系统将不断得到完善，并且5G的性能也将不断得到提升。

本文将选取一些具有5G特色的先进技术进行介绍，并对其技术的研究现状与未来发展进行简单评述，内容包含3个方面：4G的MIMO的改进技术——大规模天线阵列、5G组网通信模式的愿景——超密集组网、5G多址接入技术——非正交多址接入技术。