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摘要：随着5g技术进入技术验证及标准制定的关键发展阶段，本文重点介绍了5G通信关键技术，包括基于OFDM优化的波形和多址接入、灵活的框架设计、先进的新型无线技术；阐述了无线通信技术的原理、无线通信技术的发展历程，探讨了5G技术面临的挑战，并对未来技术做出展望。
关键词：5G技术；无线通信技术；5G技术指标
在信息时代，无线通信技术作为当今世界发展最迅速的通讯技术，对人们的生活产生了深刻的变革。无线通信的主要形式包括广播、无线电、蜂巢式网络。在移动中实现的无线通信技术统称为移动通信技术。目前，我国主要采用第四代移动通信技术（4G），随着物联网及其相关产业的快速发展，当前4G技术已经无法满足社会和时代的需求。在这个背景下，第五代移动通信技术（5G）成为现阶段国内外技术团队和专家学者的研究重点。5G网络以5GNR和统一空中接口为基础，充分利用各种可用频段和各类频谱，支持各种设备类型、服务和部署，为满足未来十年及以后不断扩展的全球连接需求设计实现。本文首先阐述了无线通信技术的原理和无线通信技术的发展历程，然后重点探讨了5G通信关键技术，最后对无线通信技术的未来发展做出展望。
1无线通信技术原理
无线通信是通过电磁波加载信号，利用天线在自由空间中进行接受和发送信息的一种通信技术。无线通信的核心技术是编码方式、载波和天线、协议与架构。
2无线通信技术的发展历程
无线通信技术发展至今已经历了四次技术革新，也就是我们所熟知的1G、2G、3G、4G。表1展示了历代通信技术的特性。第一代移动通信技术使用蜂窝电化标准，通过模拟调制、频分多址（FDMA）技术，模拟移动电话系统发送语音。相对于第一代直接以模拟信号的方式进行语音传输，2G移动通信系统以数字化方式不仅传输语音，具有通话功能，某些系统还引入了简讯功能。2G技术基本上可分成两类：一种是基于TDMA所发展出来的系统，以GSM为代表；另一种则是基于CDMA规格所发展出来的系统。3G服务能够同时发送声音（通话）及信息（电子邮件、即时通信等），代表特征是能够提供几百kb/s以上的高速数据业务。而目前广泛使用的4G服务，按照ITU的定义，4G技术采用正交频分多址技术，具有静态传输速率1Gb/s，用户在高速移动状态下可以达到100Mb/s的速率。4G具有更高的数据吞吐量、更低时延、更低的建设和运行维护成本、更高的鉴权能力和安全能力、支持多种服务质量等级。
3第五代移动通信技术
第五代移动通信技术（5G）是现阶段国内外学者的研究重点。5G网络以5GNR统一空中接口为基础，能够满足不断扩展的全球连接需求而设计。5GNR技术能够支持各种设备类型、服务和部署，并将充分利用各种可用频段和各类频谱。其意义不仅是网速更快，移动宽带体验更优，它的使命更在于能够连接新行业、催生新服务，比如推进工业自动化、大规模物联网、智能家居、自动驾驶等行业发展。
3.15G技术指标
（1）数据速率。相比于上一代的4G通信系统，5G在数据速率上提出了极高的要求，区域容量要求提高1000倍以上，边缘速率要求提高1倍，达到100Mb/s到1Gb/s，峰值速率达到10Gb/s。（2）延迟。现在4G网络的往返时间延迟是15ms，随着硬件及网络设备的时间延迟标准要求越来越高，比如移动云计算设备和可穿戴互联网设备，因此5G网络需要新的架构和协议。（3）能量花费。随着5G网络的发展，能耗降低技术是5G网络的发展趋势。在用户数据速率提高100倍的指标要求下，传输每比特信息所花费的能耗需要降低至少100倍，因此，提高能耗的利用率是5G网络重要的研究方向。（4）设备接入能力。5G网络具有更强的服务能力，能够同时接入更多的用户。随着通信技术的发展，单一宏蜂窝不仅能够支持超过1000个低传输速率设备，同时支持普通的高传输速率设备。
3.25G关键技术
5G以4GLTE为基础，充分利用和创新现有的先进技术，主要有以下关键技术：（1）基于OFDM优化的波形和多址接入。OFDM技术被4GLTE和Wi-Fi系统广泛采用。其优势在于复杂度低、频谱效率高、能耗少、频率局域化。5G将在4G的基础上进一步发展OFDM波形和多址接入技术。（2）灵活的框架设计。“灵活”强调时域和频域上的灵活切分。它要求拥有可扩展的时间间隔：相比当前的4GLTE网络，5GNR将使时延降低一个数量级。自包含集成子帧是另一项关键技术，通过把数据的传输和确认包含在一个子帧内，时延可显著降低。（3）先进的新型无线技术。一是大规模的MIMO技术是目前无线通信领域的一个重要创新研究项目。通过智能使用多根天线（设备端或基站端），发射或接受更多的信号空间流，能显著提高信道容量；通过智能波束成型，将射频的能量集中在一个方向上，可以提高信号的覆盖范围。二是毫米波：电磁波频率越高，能传输的信息越多。毫米波（60GHz）的频率将比之前使用的微波（0.2GHz）更高，毫米波需要解决的关键问题是能量损耗。三是频谱共享：使用共享频谱和非授权频谱，将5G扩展到多个维度，实现更大容量、使用更多频谱、支持新的部署场景。四是先进的信道编码设计：目前LTE网络的编码还不足以应对未来的数据传输需求，因此迫切需要一种更高效的信道编码设计。
4未来展望
目前，5G技术已攻破较多技术难题，取得了较大发展，虽然一些技术指标尚未实现，未来有望突破这些技术难关，并且能够达到更高的数据传输速率、更低的延迟、更广的覆盖范围以及更强的服务能力。物联网以及相关产业的发展都离不开5G商用模式的推广，5G技术将持续推进工业自动化、大规模物联网、智能家居、自动驾驶等未来重要技术的研究。5G不仅能够给予用户提供更优质的服务，更在于其连接各行业的使命，能够催生许多新的服务。
作者:陈欣然 单位:广州市第二中学