淺析5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢和關(guān)鍵技術(shù)

薄曉寧

【摘要】 進(jìn)入新時(shí)期后，科學(xué)技術(shù)革新速度不斷加快，通信技術(shù)也獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，已經(jīng)開始探索研究5G移動(dòng)通信技術(shù)。結(jié)合我國實(shí)際情況，在2020年之后，將會(huì)大力推廣應(yīng)用5G移動(dòng)通信系統(tǒng)。本文簡要分析了5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢和關(guān)鍵技術(shù)，希望能夠提供一些有價(jià)值的參考意見。

【關(guān)鍵詞】 5G移動(dòng)通信 發(fā)展趨勢 關(guān)鍵技術(shù)

5G指的是第五代移動(dòng)電話系統(tǒng)，其有效拓展和延伸了4G移動(dòng)通信技術(shù)?，F(xiàn)階段來講，5G移動(dòng)通信技術(shù)還沒有確定明確的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有涉及到任何的官方文件。但是在時(shí)代發(fā)展進(jìn)步過程中，人們對通信技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生越來越高的期望，5G移動(dòng)通信技術(shù)必將會(huì)有廣闊的發(fā)展領(lǐng)域。

一、移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展歷程

一般情況下，可以從四個(gè)發(fā)展階段來劃分移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程，上個(gè)世紀(jì)八十年代首先提出了第一代通信技術(shù)，本種通信技術(shù)主要是模擬傳輸，具有較小的業(yè)務(wù)量、較差的安全性及質(zhì)量等特點(diǎn)。二十世紀(jì)九十年代初期開始出現(xiàn)第二代通信技術(shù)，本種技術(shù)將更加密集的技術(shù)結(jié)構(gòu)、智能技術(shù)運(yùn)用過來，相較于1G技術(shù)，具有一定的優(yōu)勢，但是移動(dòng)通信業(yè)的發(fā)展需求依然得不到滿足。而第三代通信技術(shù)則將智能信號等處理技術(shù)運(yùn)用過來，可以將移動(dòng)寬帶服務(wù)提供給客戶，但是本技術(shù)中，依然不能夠高效利用頻譜，浪費(fèi)了大量的頻譜資源。在這種情況下，提出了第四代通信技術(shù)，其具有較好的視頻圖像傳輸效果，下載速度較快，計(jì)費(fèi)方式比較靈活。但是，進(jìn)入新時(shí)期后，人們對網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)提出了更高的要求，需要開發(fā)第五代通信系統(tǒng)，其有機(jī)結(jié)合了其他無線移動(dòng)通信技術(shù)，可以顯著提升傳輸速率、資源利用率以及無線覆蓋性能等，滿足社會(huì)發(fā)展的需求。

二、5G移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢

2.1 較高的頻譜利用率

研究發(fā)現(xiàn)，5G移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)更加廣泛的應(yīng)用高頻段的頻譜資源，以目前形勢來講，高頻段頻譜資源利用效率依然會(huì)受到高頻段無線電波穿透能力的影響，存在著諸多的限制，但是光載無線組網(wǎng)、有線與無線寬帶技術(shù)的融合等技術(shù)的應(yīng)用則不會(huì)受到影響。

2.2 大幅度提升通信系統(tǒng)性能

在過去的通信系統(tǒng)理念下，核心目標(biāo)是信息編譯碼、點(diǎn)點(diǎn)之間的物理層面?zhèn)鬏敿夹g(shù)，5G移動(dòng)通信技術(shù)則打破了這個(gè)限制，其主要研究如何協(xié)作與組網(wǎng)多點(diǎn)、多天線、多用戶等內(nèi)容，促使通信系統(tǒng)性能得到較大程度的提升。

2.3 先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念

室內(nèi)通信業(yè)務(wù)在通信業(yè)務(wù)整體中占據(jù)著主導(dǎo)地位，因?yàn)椋?G移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要考慮如何提升室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能與業(yè)務(wù)支撐能力，這樣傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念就會(huì)發(fā)生改變。

2.4 降低了能耗和運(yùn)營成本

在未來發(fā)展中，5G無線網(wǎng)絡(luò)將會(huì)重點(diǎn)研究和探索軟配置設(shè)計(jì)，結(jié)合動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)流量變化，運(yùn)營商能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，這樣能耗、網(wǎng)絡(luò)資源運(yùn)營成本都可以得到非常有效的降低。

三、5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展趨勢

目前，在移動(dòng)通信領(lǐng)域內(nèi)，全球已經(jīng)充分重視5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究?？茖W(xué)技術(shù)的不斷革新，將會(huì)日趨明確5G移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵支撐技術(shù)；未來幾年內(nèi)，本技術(shù)將會(huì)獲得實(shí)質(zhì)性發(fā)展，也就是研究與制定標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，通過頻率效率的提升、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變革以及新頻譜資源的開發(fā)利用，也將會(huì)在較大程度上提升5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量。在2013年，歐盟諸國將5G研發(fā)項(xiàng)目啟動(dòng)于第7框架計(jì)劃中，一個(gè)重要參與方為我國華為公司。通過啟動(dòng)本項(xiàng)目，出現(xiàn)了諸多的5G移動(dòng)通信技術(shù)研發(fā)組織。我國成立了5G推進(jìn)組，韓國成立了5G技術(shù)論壇等?，F(xiàn)階段，世界各國都全面深入的研究5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用需求、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、候選頻段等內(nèi)容。其中，5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力來自于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，借助于無線網(wǎng)絡(luò)的方式，向用戶提供現(xiàn)有固定互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的各種服務(wù)業(yè)務(wù)，且廣泛運(yùn)用后臺(tái)服務(wù)和云計(jì)算，對5G移動(dòng)通信技術(shù)也將會(huì)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用，人們也將會(huì)更加重視系統(tǒng)容量與傳輸質(zhì)量。5G移動(dòng)通信技術(shù)在發(fā)展過程中，需要考慮如何與其他無線移動(dòng)通信技術(shù)所密切銜接，以便將更加全面和基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)服務(wù)提供給網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。結(jié)合相關(guān)意見，5G移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)從三個(gè)方面提升網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力，首先是積極運(yùn)用先進(jìn)的無線通信傳輸技術(shù)，翻倍提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用率；其次引入新的體系結(jié)構(gòu)，從深度上擴(kuò)展其智能化能力，大幅度提升無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體吞吐率；最后，充分挖掘更加先進(jìn)的頻率資源，包括可見光、毫米光、高頻段等內(nèi)容，以便有效擴(kuò)展未來無線移動(dòng)通信資源。

四、5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

4.1 無線傳輸技術(shù)

以大規(guī)模MIMO技術(shù)為例，要想促使系統(tǒng)頻譜效率、傳輸可靠性得到提升，非常重要的一項(xiàng)手段為多天線技術(shù)，在3G系統(tǒng)、LTE、WLAN等無線通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的運(yùn)用。實(shí)踐研究表明，越多的天線數(shù)量，就會(huì)越明顯的提升頻譜效率及可靠性。特別是具有較大數(shù)量的發(fā)射天線和接收天線時(shí)，收發(fā)天線數(shù)中的最小值與MIMO信道容量之間將會(huì)呈現(xiàn)出線性增長態(tài)勢。因此，將大數(shù)量的天線運(yùn)用過來，可以顯著提升系統(tǒng)的容量。但是多天線占據(jù)較大的空間，實(shí)現(xiàn)難度較高，現(xiàn)行無線通信系統(tǒng)收發(fā)端配置了較少的天線數(shù)量，以LTE系統(tǒng)和LTE-A系統(tǒng)為例，分別將4根天線和8根天線運(yùn)用過來。但是其可以顯著提升容量，增強(qiáng)可靠性，研究人員開始密切關(guān)注MIMO系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)。大規(guī)模MIMO中，基站中配置的天線數(shù)量十分巨大，同一時(shí)頻資源中，可以對若干個(gè)用戶同時(shí)服務(wù)；擁有多樣化的天線配置方式，可以在一個(gè)基站上集中配置這些天線，促使有集中式的大規(guī)模MIMO形成，也可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上分布式配置，促使有分布式的大規(guī)模MIMO形成。研究發(fā)現(xiàn)，大規(guī)模MIMO具有較大的優(yōu)勢，其顯著增強(qiáng)了空間分辨率，可以對空間維度資源深度挖掘，將大規(guī)模MIMO的空間自由度與基站提供給網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)用戶，實(shí)現(xiàn)同時(shí)通信需求，這樣基站密度、寬帶等都不需要增加，頻譜效率就可以大幅度提升。大規(guī)模MIMO可以在很窄的范圍內(nèi)集中波束，促使干擾得到降低；如果有足夠大的天線數(shù)量時(shí)，那么線性預(yù)編碼、線性檢測器也將會(huì)達(dá)到最優(yōu)，基本上不需要考慮噪聲干擾和其他類型的干擾。

4.2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

以自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為例，傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中借助于人工方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維，需要花費(fèi)大量的人力資源和運(yùn)行成本。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析表明，運(yùn)營商百分之七十的收入為運(yùn)營成本。且移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展過程中，人工方式無法有效優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。因此，為了促使網(wǎng)絡(luò)部署、優(yōu)化等問題得到解決，總收入中運(yùn)維成本的比例得到降低，運(yùn)營商能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)更加高效的運(yùn)營和維護(hù)，自組織網(wǎng)絡(luò)概念被提了出來。自組織網(wǎng)絡(luò)是將自組織能力引入到網(wǎng)絡(luò)中，以便可以自動(dòng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、部署、維護(hù)和優(yōu)化等諸多環(huán)節(jié)，這樣人工干預(yù)可以得到最大程度的減少。5G系統(tǒng)因?yàn)閷⒈容^復(fù)雜的無線傳輸技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)用過來，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜程度不斷提升，為了促使5G網(wǎng)絡(luò)性能得到保證，就需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的深度智能化。5G采取多制式共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楣泊媪硕鄬印⒍酂o線接入技術(shù)，導(dǎo)致其擁有比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無線接入技術(shù)內(nèi)部、覆蓋能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間具有復(fù)雜的關(guān)系，那么就會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營和維護(hù)工作難度。為了促使其復(fù)雜度與運(yùn)營維護(hù)成本得到降低，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維質(zhì)量得到提升，未來5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)對智能統(tǒng)一的SON功能更加支持，能夠自配置、自優(yōu)化與自愈合多種無線接入技術(shù)?，F(xiàn)階段，SON技術(shù)已經(jīng)獲得較快發(fā)展，開始應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中，但是都是在各自網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用SON技術(shù)，多網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同得不到滿足。針對這種情況，未來就需要對支持協(xié)同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的SON技術(shù)深入研究，促使自愈合功能得到切實(shí)實(shí)現(xiàn)。

五、結(jié)語

綜上所述，根據(jù)相關(guān)預(yù)計(jì)和發(fā)展規(guī)律，2020年后將會(huì)逐步推廣應(yīng)用5G技術(shù)，以便促使未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)飛速增長的需求得到滿足，將新的業(yè)務(wù)體驗(yàn)帶給用戶?，F(xiàn)階段，5G技術(shù)研究處于剛剛起步階段，未來幾年內(nèi)將是其發(fā)展關(guān)鍵階段。因此，相關(guān)工作人員就需要深入研究5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢，推動(dòng)我國通信行業(yè)的整體進(jìn)步與發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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