5G与4G网络的对比分析综述

龙源期刊网网络的对比分析综述作者：肖育苗吕亚莉来源：《中国新通信》2017年第11期【摘要】目前，在4G网络大规模商用的同时，我国也在积极全面推进5G网络的发展。为进一步深入的了解了5G网络，本文从介绍4G与5G的概念入手，对5G和4G网络的关键技术、关键能力和主要应用场景等方面内容进行了对比分析，并在此基础上，展望了5G网络的最新发展情况。【关键词】5G4G移动互联网物联网一、引言随着用户需求的持续增长、移动互联网的飞速发展、以及越来越多智能设备的出现，未来移动通信网络不但面临着超千倍的数据流量增长需求，海量的设备连接需求，而且在超高清视频、虚拟现实、增强现实、智能穿戴、智能家居、智能抄表、智能交通等各个领域都会产生极大的通信需求。而目前的4G网络已无法满足这些需求，因此第五代移动通信（5G）技术应运而生。二、4G与5G概念4G，即第四代移动通信技术，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，以正交频分多址（OFDMA）技术为核心，用户峰值速率可达100Mbps至1Gbps，是一种宽带接入和分布式的全IP架构网络，能够支持各种移动宽带数据业务。5G是4G之后的延伸，是对现有的无线通信技术的演进，5G更强调用户体验速率，将达到Gbps量级。和4G相比，其最大的变化在于，其服务的对象从过去的人与人之间的通讯，增加了人与物、物与物之间的互联，实现全连接。我国IMT-2020（5G）推进组发布的5G概念白皮书认为，综合5G关键能力与核心技术，5G概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。其中，标志性能力指标为“Gbps用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。三、5G与4G关键技术及关键能力对比3.1关键技术对比龙源期刊网相比，5G的关键技术在空口、架构等多个方面均有创新，无线网络发展潜力巨大。4G和5G的主要关键技术对比如下表：对于5G的关键技术，还可进一步细化归纳大规模天线、超密集组网、全频谱接入、新型多址、新型多载波、先进调制编码、终端直通技术、灵活双工、全双工、频谱共享等十大关键技术，简要介绍如下：大规模天线：较4.5G更大规模的MassiveMIMO，天线数目进一步增加，从而改善接收信号强度，抑制用户间干扰，实现更高的系统容量和频谱效率；超密集组网：通过更加“密集化”无线网络基础设施部署，获取更高的频率复用效率；全频谱接入：采用低频和高频混合网络，充分挖掘低频和高频的优势，实现无缝、高速、大容量覆盖；新型多址：通过多用户信息在相同资源上的叠加传输，在接收侧利用先进的接收算法分离多用户信息，代表为SCMA、PDMA和MUSA等；新型多载波：通过滤波减小子带或子载波频谱泄漏，放松对时频同步的要求，如F-OFDM和UFMC等；先进调制编码：包括链路级调制编码、链路自适应、网络编码等，用以降低节点间干扰；终端直通技术：实现车车/车路/车人的车联网通信；龙源期刊网灵活双工：根据上下行业务变化情况动态分配上下行资源，有效提升系统资源利用率；全双工：消除FDD和TDD对频谱资源使用的差异，包括自干扰信号抑制、全双工网络架构以及同半双工体制共存及优化等；频谱共享：跨越不同系统的最优动态频谱配置和管理功能，实现高效、动态的、灵活的频谱使用，提升空口效率、系统覆盖层次和密度。3.2关键能力对比与以往的移动通信系统主要强调用户峰值速率不同，5G关键性能指标更加丰富，除用户峰值速率外，还包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度和移动性等。其中用户体验速率是5G最重要的性能指标，它真正体现了用户可获得的真实数据速率，也是与用户感受最密切的性能指标。和4G相比，5G具备更高的性能，5G与4G关键能力对比分析如下表2。此外，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。四、5G与4G主要应用场景对比龙源期刊网移动通信技术主要聚焦于移动宽带应用场景，提供增强型的系统容量以及更高的数据传输速率。而随着各类高带宽应用（比如移动视频）的“涌”现，5G将会进一步增强人们的移动宽带应用使用体验。此外，5G也将大力发展IoT（物联网）应用、机器到机器通信或以机器为中心的通信。面向未来，移动互联网和物联网业务将成为5G发展的主要驱动力。我国IMT-2020（5G）推进组从移动互联网和物联网的主要应用场景、业务需求及挑战出发，定义了5G的四个主要的应用场景：连续广覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠。4.1移动互联网业务应用场景5G的四个主要的应用场景中，连续广域覆盖和热点高容量场景主要面向移动互联网业务需求，也是传统的4G主要应用场景。其中连续广域覆盖场景是移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验；而热点高容量场景主要面向局部热点区域，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。5G网络和4G网络在这两类场景中的主要区别在于，5G可提供更高的数据传输速率，满足更高的流量密度需求，对比如下：4.2物联网业务应用场景物联网扩展了移动通信的服务范围，从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联，使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。5G的四个主要的应用场景中，低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网及垂直行业应用。低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。低时延高可靠场景主要面向龙源期刊网车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。五、结束语在4G网络大规模商用的同时，我国也在积极全面推进5G网络的发展。目前，5G技术研发试验工作已完成，技术方案验证工作已在有条不紊的推进中，未来还将启动5G试验网部署，验证5G系统组网性能，力争在2020年可实现5G网络商用。虽然在5G网络发展过程中，由于5G新业务、新架构、新技术的要求，使得5G网络还面临很多挑战，还有很多难题没有解决，但随着技术、网络的发展，相信这些问题都会迎刃而解，未来我们将进入万物互联、生活云端化以及智能交互的美好新时代。参考文献[1]IMT-2020（5G）推进组，5G愿景与需求白皮书，2014年5月[2]IMT-2020（5G）推进组，5G概念白皮书，2015年2月[3]IMT-2020（5G）推进组，5G无线技术架构白皮书，2015年5月[4]曾剑秋，5G移动通信技术发展与应用趋势，电信工程技术与标准化，2017年第2期