5G無線通信網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

歐栓

【摘要】 本文結(jié)合筆者的實際工作經(jīng)驗，介紹了5G無線通信技術(shù)的優(yōu)點，從而進(jìn)一步針對5G無線通信的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，最后探討了5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 5G無線通信 關(guān)鍵技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展

目前，4G移動通信技術(shù)得到了廣泛使用，具有通信速度快、通信容量大等優(yōu)點。而5G移動通信是4G移動通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，是4G 技術(shù)的不斷完善和創(chuàng)新的體現(xiàn)，是通信領(lǐng)域新的里程碑，引起了各運營商的關(guān)注。5G是第五代移動通信技術(shù)的出出，大大提高了數(shù)據(jù)信息傳輸速度，高達(dá)3Gb/s，在現(xiàn)代社會發(fā)展中將會得到普及。

一、5G無線通信技術(shù)的優(yōu)點

5G技術(shù)作為一種新型的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要將多種無線接入技術(shù)與現(xiàn)有無線接入技術(shù)相結(jié)合，其服務(wù)對象面向大眾，具有靈活、智能、高效和開放等特點。

1.1 數(shù)據(jù)傳輸速率提升

5G 技術(shù)作為當(dāng)前最新的移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它的一個明顯優(yōu)勢就是數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到每秒幾十GB，相對于4G技術(shù)來說，這是十分明顯的一個創(chuàng)新優(yōu)勢。根據(jù)當(dāng)前5G技術(shù)的應(yīng)用效果來看，已經(jīng)在28GHz 波段下成功的將傳輸速度達(dá)到了1Gbps，而傳統(tǒng)的4G技術(shù)的傳輸速率只有75Mbps，而且它也僅僅具有非對稱的超過2Mb/s 的數(shù)據(jù)傳輸能力。

1.2 兼容性好

從當(dāng)前5G技術(shù)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀來看，它是一個包括2G、3G、4G 等所有網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全通信平臺，此外，它還涉及到Wi-Fi、NFC以及BLUETOOTH等的無線技術(shù)，因此，它的兼容性很好，這是以往通信技術(shù)所不具備的，同時這種特性也可以大大提升支付方式的安全系數(shù)。

1.3 電池使用壽命延長

5G 無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在實際應(yīng)用的過程中，會有很多小的任務(wù)需要應(yīng)用程序持續(xù)的運行支持，而作為關(guān)鍵應(yīng)用的電子郵件程序就要不斷的向服務(wù)器發(fā)送各種請求信息，以保證電子郵件的實時更新。為在5G技術(shù)下，可以自動的、快速的審核和確定出那些浪費電池電量的應(yīng)用，并有效組織那些無用應(yīng)用程序所發(fā)布的各種信息，進(jìn)而減少電池電量的流失，并且也可以大大延長電池的充電周期，使其使用壽命得到進(jìn)一步的提高。

二、5G無線通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多用戶大規(guī)模MIMO技術(shù)

當(dāng)無線蜂窩通信技術(shù)對靈活性要求更高時，多端口輸入和多端口輸出的通信技術(shù)（MIMO）就 發(fā)揮了其應(yīng)用價值。MIMO 通過加大了對發(fā)射功率的復(fù)用和通信帶寬的復(fù)用讓無線通信系統(tǒng)的性能更為完善。為進(jìn)一步增加頻譜利用率和系統(tǒng)的覆蓋率，并且提高單位比特能耗利用率，一種新型的通信網(wǎng)絡(luò)——大規(guī)模MIMO通信網(wǎng)引起了人們的廣泛關(guān)注。

MIMO技術(shù)歷經(jīng)了單點對單點的發(fā)展階段，以后會朝著多用戶MIMO方向發(fā)展，具體技術(shù)方案采用將多根天線置于發(fā)射端或者接收端實現(xiàn)，這種技術(shù)方案可以滿足現(xiàn)有時頻資源下，最大化空間的分集增益、空間的多路復(fù)用增益和空間陣列增益，從而對系統(tǒng)的容量和通信鏈路的可靠性進(jìn)行提升，最終的結(jié)果使得整個通信系統(tǒng)的總吞吐量最大化。

但隨著用戶對通信系統(tǒng)的通信容量需求的不斷提升，現(xiàn)有的MIMO通信技術(shù)還需要進(jìn)一步對容量和帶寬性能進(jìn)行提升，目前主要的提升方向為優(yōu)化天線尺寸以及新型排布方式。而目前，集中式排布天線的方式是研究最多的，更有學(xué)者提出融合大規(guī)模MIMO和云無線接入網(wǎng)，得到一種新穎的分布式大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。

2.2 D2D通信

隨著社交網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的發(fā)展， 用戶的近距離數(shù)據(jù)通信需求與日俱增。但現(xiàn)有的蜂窩通信系統(tǒng)不夠靈活，對于用戶需求的實時性強和可靠性高的需求難以滿足。在5G移動通信技術(shù)中，對D2D（device to device）通信技術(shù)的研究顯得非常重要。D2D通信技術(shù)是5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，其重要作用主要體現(xiàn)在對蜂窩通信系統(tǒng)進(jìn)行了支撐和補充，使得無線數(shù)據(jù)流量的大幅度增長，降低了調(diào)備功耗，提高了系統(tǒng)的可靠性。

D2D最大的優(yōu)勢在于可以對資源實現(xiàn)精簡，同時減少了外界干擾，傳輸效率進(jìn)行了提升，并最終降低了傳輸成本。目前，業(yè)內(nèi)人員主要研究精力集中在對D2D發(fā)送功率的控制和資源的分配等關(guān)鍵方面。對于現(xiàn)有的D2D技術(shù)，還需要進(jìn)一步完善問題如下：無線資源管理問題；通信的可靠性和實時性；如何抗干擾。

2.3 綠色通信

5G無線通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)相比的優(yōu)勢在于進(jìn)一步降低能耗，從而實現(xiàn)更加綠色的通信。 全世界的運營商都希望能夠降低能耗，從源頭上對二氧化碳的排放量進(jìn)行降低。對于綠色通信的實現(xiàn)，研究者們首先想到的是減少單個基站的能耗；同時，考慮從網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方面展開，讓網(wǎng)絡(luò)能夠隨著用戶上網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的變化而動態(tài)變化，實現(xiàn)動態(tài)資源調(diào)度和功率控制；還可以采用對網(wǎng)絡(luò)部署和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化。

國內(nèi)外研究者提出了一些有效的綠色通信解決方案，如搞能效的空時資源配置 MIMO-OFDMA系統(tǒng)，基于CoMP的高能效譜效基站協(xié)作休眠方案；綠色共享通路保護(hù)算法；回程概念的提出等。這些方案中，由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署的開展，5G綠色通信的瓶頸在于回程的功耗。

三、5G無線通信技術(shù)的實際應(yīng)用

3.1 在安卓系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前來說，大多數(shù)移動智能終端采用的系統(tǒng)都是以安卓為主，它是一種以Linux為基礎(chǔ)的自由和開放源代碼的操作系統(tǒng)，在移動設(shè)備中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

安卓系統(tǒng)采用的是分層架構(gòu)，主要劃分為四個層次，從高到低依次是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層以及系統(tǒng)內(nèi)核層。四個層次中，系統(tǒng)內(nèi)核層采用的是5G納米核心技術(shù)，以此來完成安卓基礎(chǔ)性文件和硬件驅(qū)動的分離。

此外，安卓系統(tǒng)自身所具有的開放性特征使得其安全系數(shù)大大下降，5G納米技術(shù)所具有的保密性可以在量子密碼學(xué)的應(yīng)用下增強加密等級。

3.2 在光場相機中的應(yīng)用

光場相機是一種先拍照后對焦的照相設(shè)備，它的原理是在光場技術(shù)的作用下，在進(jìn)行拍照時只需要進(jìn)行構(gòu)圖就可以了，不再需要進(jìn)行對焦處理，這樣的一大好處就是可以對現(xiàn)有的相機拍照方式和習(xí)慣起到改善作用，它具有很好的抓拍優(yōu)勢，只要被照的物體在相機的焦距范圍內(nèi)，對焦點都可以在拍完之后進(jìn)行隨意的選擇，前提是在拍照時焦距范圍內(nèi)的所有光學(xué)信息都已經(jīng)被記錄起來，因此，它自身的容量會很大，存儲一張照片可能需要至少200M的空間，這在側(cè)面就需要有更快速的傳輸速度和儲存空間做保障，而5G技術(shù)自身所具備的優(yōu)勢特點正好可以滿足這一要求，此外，依據(jù)它的這一特性，它在安全防衛(wèi)監(jiān)控工作中的應(yīng)用具有良好的前景。

四、結(jié)語

總之，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在5G無線通信技術(shù)研究領(lǐng)域，將取了一定的成果。目前來說，5G網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)體系并不完善，但運營商對其技術(shù)需求達(dá)成了一致，目前正從前期研究進(jìn)入至標(biāo)準(zhǔn)制定階段。與4G通信技術(shù)相比，5G具有高速度、低時延、低功耗的優(yōu)勢。相信在未來通信技術(shù)的發(fā)展過程中將會發(fā)揮著更大的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]熊必成.5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用的前瞻性思考[J].信息通信，2014，（11）： 230.

[2]張洪麗.淺議5G無線通信技術(shù)概念及相關(guān)技術(shù)[J].通訊世界，2015，（12）： 41.