4G和5G技術(shù)發(fā)展研究

李冰冰

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)生了深刻變革。曾經(jīng)廣泛使用的移動(dòng)3G技術(shù)將慢慢淡出人們的視野，隨之而來(lái)的是4G和5G技術(shù)的研發(fā)和廣泛使用。文章對(duì)目前熱門(mén)的4G和5G關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：4G；5G；移動(dòng)通信技術(shù)；移動(dòng)通信工具；手機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929 文章編號(hào)：1009-2374（2015）34-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.001

手機(jī)是我們最常用的電器設(shè)備，與我們的生活息息相關(guān)，因此通訊行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與我們的關(guān)系最為密切。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)不斷變革，如今通訊技術(shù)發(fā)展可謂日新月異，從2G和3G，到4G和5G，移動(dòng)通訊技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。2013年12月，國(guó)家準(zhǔn)許4G進(jìn)入市場(chǎng)，第四代移動(dòng)通信4G技術(shù)正式登場(chǎng)，而此時(shí)，在技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，代表更新更快的新一代移動(dòng)通信第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）的研發(fā)早已經(jīng)競(jìng)相開(kāi)展。4G和5G技術(shù)相繼走入人們的視野。那么4G和5G到底有哪些技術(shù)呢？

4G是第四代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，相比上一代3G技術(shù)，其傳輸速率快、傳輸質(zhì)量高，而成本卻大大降低。4G在技術(shù)方面主要采用了多址方案、智能天線(xiàn)技術(shù)、軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)等。下面詳細(xì)介紹一下4G關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)。4G采用多址方案的正交頻分復(fù)用技術(shù)，其主要思想是劃分信道提高利用率。將原有信道進(jìn)行拆分，拆分后子載波分別傳輸，并行到達(dá)。信號(hào)傳出信道路途相對(duì)平坦，但帶寬較小。這樣信號(hào)抗干擾能力加強(qiáng)，但帶來(lái)了系統(tǒng)的復(fù)雜性。智能天線(xiàn)技術(shù)是波束間沒(méi)有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線(xiàn)，可以抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤和調(diào)節(jié)數(shù)字波束。根據(jù)信號(hào)波根據(jù)發(fā)射方向做出自我調(diào)節(jié)，對(duì)相對(duì)同步的信號(hào)動(dòng)態(tài)區(qū)分。自我調(diào)節(jié)信號(hào)到達(dá)的區(qū)域，而想要到達(dá)的波束方向不變，附帶干擾波束不影響主波。應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，信號(hào)的干擾是每一代通信系統(tǒng)著力解決的問(wèn)題。每一項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)都離不開(kāi)降噪。智能天線(xiàn)是目前應(yīng)用中比較理想的降噪方法，并且使系統(tǒng)的容量大大提高，降噪的同時(shí)保證了信號(hào)質(zhì)量，擴(kuò)大了覆蓋區(qū)域，同時(shí)降低了建設(shè)成本。軟件無(wú)線(xiàn)電是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過(guò)軟件代替硬件來(lái)完成相應(yīng)的功能，也就是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)物理層鏈接的無(wú)線(xiàn)通訊方式。其主要是用寬帶無(wú)線(xiàn)接收機(jī)代替原來(lái)的窄帶接收機(jī)，把數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化器放在天線(xiàn)周?chē)褂茫密浖瓿尚盘?hào)規(guī)則設(shè)置。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以通用，功能實(shí)現(xiàn)靈活，方便升級(jí)，系統(tǒng)抗干擾進(jìn)一步加強(qiáng)，滿(mǎn)足不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)和接口。4G系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)通并無(wú)障礙，連接便利。獨(dú)立完成信號(hào)接入。能獨(dú)立完成點(diǎn)到點(diǎn)的所有IP業(yè)務(wù)，能與核心網(wǎng)互聯(lián)互通。這一開(kāi)放結(jié)構(gòu)帶來(lái)了很大便利，原本需要轉(zhuǎn)換接口的技術(shù)支持和設(shè)備準(zhǔn)備無(wú)需再用，而各項(xiàng)功能也逐一實(shí)現(xiàn)，彼此完成。獨(dú)立的IP技術(shù)使原本相互依存的無(wú)線(xiàn)接入方式和物理層彼此獨(dú)立。IP核心網(wǎng)與多種無(wú)線(xiàn)接入?yún)f(xié)議相兼容，在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)不必考慮采用哪種方式和協(xié)議，接入都非常靈活。除此之外，4G系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)的性能要求很高。

目前4G已經(jīng)進(jìn)入密集的推廣應(yīng)用階段，大部分手機(jī)也開(kāi)始支持4G網(wǎng)絡(luò)，我們都能體驗(yàn)到4G網(wǎng)速的提高。而隨著科技的發(fā)展和未來(lái)需求的膨脹，5G早已進(jìn)入如火如荼的研發(fā)階段。4G時(shí)代必然會(huì)向技術(shù)更新速度更快的5G市場(chǎng)走去。未來(lái)5G將能帶來(lái)更快的手機(jī)上網(wǎng)體驗(yàn)和更豐富的手機(jī)應(yīng)用，比如通過(guò)手機(jī)遙控家用電器甚至汽車(chē)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。通訊行業(yè)，5G未來(lái)也意味著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)和專(zhuān)利話(huà)語(yǔ)權(quán)的爭(zhēng)奪。每一代通信網(wǎng)絡(luò)都會(huì)形成一批以專(zhuān)利為代表的知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果，參與其中的廠(chǎng)商占比的多少會(huì)影響著它們?cè)谖磥?lái)數(shù)年從行業(yè)獲取的利潤(rùn)的多少。華為在4G技術(shù)中的知識(shí)產(chǎn)權(quán)占比達(dá)到25%，5G有望實(shí)現(xiàn)更多專(zhuān)利。新一代通信技術(shù)的應(yīng)用和普及還會(huì)帶來(lái)新一輪的投資熱潮。從技術(shù)層面來(lái)看，5G不是一次革命，5G是4G的延續(xù)，5G在核心網(wǎng)部分不會(huì)有太大的變動(dòng)，其關(guān)鍵技術(shù)集中在無(wú)線(xiàn)部分。目前還沒(méi)有定論究竟會(huì)采用何種技術(shù)，現(xiàn)將目前使用的若干技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

5G不再戀戰(zhàn)低頻段轉(zhuǎn)而投向空間廣闊的高頻領(lǐng)域，使得頻譜資源豐富起來(lái)，比如厘米波段和毫米波段的資源都能使用。頻譜領(lǐng)域的打開(kāi)拓展了技術(shù)的設(shè)計(jì)和功能研發(fā)的空間，并且加快了短距離通信速度。新型天線(xiàn)技術(shù)也是5G探索的技術(shù)。新型多天線(xiàn)技術(shù)早在前幾代通訊技術(shù)時(shí)代也有過(guò)考量，無(wú)源技術(shù)和有源技術(shù)都有過(guò)研發(fā)和實(shí)踐，也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，包括二維技術(shù)和后來(lái)的三維技術(shù)支持。隨著科技的發(fā)展，將在頻譜效率提升上大做文章，我們期待速率實(shí)現(xiàn)更大的突破。前幾代通訊技術(shù)一直采用的組網(wǎng)方式是蜂窩通信系統(tǒng)，把基站作為中心覆蓋小區(qū)。而基站是無(wú)法移動(dòng)的，結(jié)構(gòu)不靈活，5G可能不再使用類(lèi)似的基站。

5G也在探索一種全雙工技術(shù)。在同一信號(hào)上，通信的發(fā)射方和接收方同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)，同時(shí)開(kāi)工，使效率加倍。5G技術(shù)將會(huì)更加多元、更加綜合、更加智能，以滿(mǎn)足未來(lái)數(shù)據(jù)流量的無(wú)數(shù)倍增長(zhǎng)。C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)，能夠接入集中處理和實(shí)時(shí)云計(jì)算功能，也是未來(lái)主要使用的技術(shù)之一。目前主要的研究?jī)?nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作。類(lèi)似基站簇、虛擬小區(qū)的思想也在此技術(shù)下進(jìn)行研發(fā)。通訊工具在近幾十年悄然改變我們的生活，與我們的工作和生活的聯(lián)系越來(lái)越密切，從發(fā)送消息的傳呼機(jī)到手機(jī)通訊，從使用手機(jī)打電話(huà)、發(fā)短消息再到使用手機(jī)玩游戲、看視頻、上網(wǎng)辦公的智能機(jī)器，越來(lái)越多的功能將運(yùn)用到手機(jī)中，手機(jī)將成為我們的全體設(shè)備遙控指揮中心。手機(jī)給我們的生活帶來(lái)很大便利，很多行業(yè)制作了客戶(hù)端供手機(jī)用戶(hù)使用，可以通過(guò)手機(jī)瀏覽網(wǎng)絡(luò)、在線(xiàn)購(gòu)物、在線(xiàn)學(xué)習(xí)、銀行交易、手機(jī)導(dǎo)航、手機(jī)查詢(xún)等。手機(jī)客戶(hù)端的使用非常便利，受到用戶(hù)的青睞，將來(lái)手機(jī)功能的需求會(huì)越來(lái)越大，那么手機(jī)承載了如此多的功能，通訊網(wǎng)絡(luò)的速率支持，質(zhì)量支持也是大大考驗(yàn)著5G的研發(fā)人員，究竟要帶給我們什么樣的5G未來(lái)。因此，所有的技術(shù)無(wú)一例外地支持速率、支持降噪、支持安全。使用D2D實(shí)現(xiàn)直接通信，新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都是目前5G研發(fā)的熱點(diǎn)。

盡管此時(shí)5G技術(shù)尚沒(méi)有最終的標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)我們剛剛升級(jí)使用到4G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，世界上很多國(guó)家早已投入到5G的戰(zhàn)斗中來(lái)，大部分國(guó)家和企業(yè)都投入了大量資金到5G技術(shù)的研發(fā)中，爭(zhēng)分奪秒地?fù)寠Z未來(lái)制定5G規(guī)則的話(huà)語(yǔ)權(quán)。5G并不是某一種技術(shù)的進(jìn)步，也不是哪一個(gè)新技術(shù)的應(yīng)用。5G是3G和4G的融合發(fā)展，將實(shí)現(xiàn)前幾代網(wǎng)絡(luò)的共存發(fā)展，是一個(gè)完全的融合網(wǎng)絡(luò)，前期鋪蓋的基礎(chǔ)設(shè)施完全可以繼續(xù)使用。實(shí)現(xiàn)5G是未來(lái)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。5G將通過(guò)更高的頻譜效率、更多的頻譜資源以及更密集的小區(qū)部署等共同滿(mǎn)足移動(dòng)業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)的需求。未來(lái)5G究竟如何發(fā)展，我國(guó)通訊技術(shù)的發(fā)展和專(zhuān)利占比能否達(dá)到一個(gè)新的高度，讓我們共同期待。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：周 瓊）