5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的探討

駱位

摘要： 隨著世界各國(guó)對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的極大重視，在短短幾年時(shí)間內(nèi)，移動(dòng)通信就從以往的2G/3G發(fā)展到現(xiàn)階段的4G技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用、用戶體驗(yàn)等方面有了顯著地提升。然而，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)不能滿足4G移動(dòng)通信所帶來(lái)的體驗(yàn)，相關(guān)的工作者正在研發(fā)一種更高端的通信技術(shù)——5G移動(dòng)通信技術(shù)。該通信技術(shù)在未來(lái)的十年后將成為新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，因此本文詳細(xì)描述了5G移動(dòng)通信的若干關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

Abstract： With the development of mobile communication technology in the world， within a few years， mobile communication has developed from 2G/3G to 4G technology， which has made significant achievements in practical applications and user experience and other aspects. However， with the development of communication technology， people can no longer meet the needs of 4G mobile communication. Related workers are developing a more advanced communication technology， the 5G mobile communication technology， which will become a new generation of mobile communication systems in the next decade. In this paper， some key technologies of 5G mobile communication are described in detail， and the development trend in the future is analyzed.

關(guān)鍵詞： 5G移動(dòng)通信技術(shù)；無(wú)線傳輸技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)

Key words： 5G mobile communication technology；wireless transmission technology；key technology

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）08-0220-02

0 引言

我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)科技的開(kāi)發(fā)與研究成效卓著，互聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)的結(jié)合使人們的生活更加便捷，也極大地提高了通信技術(shù)水平，帶動(dòng)了各個(gè)產(chǎn)業(yè)及領(lǐng)域的空前發(fā)展。在通信需求快速暴漲的情況下，5G通信理念的提出為更多用戶帶來(lái)了福音，該技術(shù)理念不僅更充分地滿足了用戶需求，提升了數(shù)據(jù)傳輸速率，而且豐富了通信功能，能耗量得到有效控制，運(yùn)行成本大幅度降低，為實(shí)現(xiàn)生活的智能化打下了良好的基礎(chǔ)。

1 5G移動(dòng)通信的概念及相關(guān)內(nèi)容

5G移動(dòng)通信，從本質(zhì)上講是4G移動(dòng)通信在內(nèi)涵和形式方面的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，目前網(wǎng)絡(luò)科技領(lǐng)域?qū)Φ谖宕苿?dòng)通信模式的研究尚在進(jìn)行中。從某網(wǎng)站的詞條結(jié)果筆者看出，5G移動(dòng)通信的最高理論數(shù)據(jù)傳輸速度可以實(shí)現(xiàn)10Gb/s，比4G移動(dòng)通信的傳輸速度快數(shù)百倍。打一個(gè)比較形象的比喻，用5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以瞬間下載完一部超清電影，如此之快的數(shù)據(jù)傳輸速度是4G網(wǎng)絡(luò)不可匹及的。

研究5G移動(dòng)通信技術(shù)意味著人類社會(huì)與信息技術(shù)的融合更加緊密。同樣作為先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)，5G移動(dòng)通信技術(shù)和傳統(tǒng)移動(dòng)通信技術(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別。首先，5G移動(dòng)通信技術(shù)是圍繞用戶需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，在功能設(shè)計(jì)上更加注重用戶的體驗(yàn)，這項(xiàng)技術(shù)是為了在4G的基礎(chǔ)上打造一個(gè)更加先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)帝國(guó)，其中不僅涉及智能手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信，還包括各種終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。所以從形式上來(lái)講，5G移動(dòng)通信可以說(shuō)是4G移動(dòng)通信的升級(jí)版。

2 5G移動(dòng)通信技術(shù)特點(diǎn)分析

第一，5G移動(dòng)通信不僅是一場(chǎng)空前的技術(shù)革命，它更加注重用戶體驗(yàn)以及通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際吞吐率，力求在革新網(wǎng)絡(luò)通信功能的前提下進(jìn)一步提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第二，5G移動(dòng)通信將基于4G移動(dòng)通信體系架構(gòu)進(jìn)行功能、可靠性等方面的技術(shù)革新，以此實(shí)現(xiàn)突破。第三，5G移動(dòng)通信技術(shù)不僅重視覆蓋面的擴(kuò)大，更加關(guān)注室內(nèi)通信技術(shù)的發(fā)展，并且5G移動(dòng)通信技術(shù)會(huì)讓運(yùn)營(yíng)成本減少，然后按照網(wǎng)絡(luò)流量真實(shí)的應(yīng)用狀態(tài)來(lái)合理調(diào)節(jié)、分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)而有效提升用戶的體驗(yàn)水平。

3 5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)

5G移動(dòng)通信技術(shù)由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而獲得了足夠的基礎(chǔ)動(dòng)力，當(dāng)前時(shí)期研究該技術(shù)，必然離不開(kāi)移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，通過(guò)這兩個(gè)技術(shù)能夠滿足5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)效率所提出的要求。在此過(guò)程中，將從三個(gè)方面對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行提升，首先，無(wú)線傳輸?shù)男?，使得無(wú)線移動(dòng)通信的頻率段被拓寬到高頻率；其次，通信系統(tǒng)的吞吐率和智能化水平，在構(gòu)建的新體系下，這兩方面的能力都會(huì)得到明顯的提升。最后，無(wú)線通信頻率資源，與4G移動(dòng)通信技術(shù)相比，5G技術(shù)在利用資源的效率方面提升了將近十倍的水平。對(duì)于5G移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，其最主要的目的就是作為服務(wù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)性系統(tǒng)，給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)，同時(shí)在一些虛擬和3D等技術(shù)方面的能力得到大大提升，帶給用戶更強(qiáng)的體驗(yàn)。通過(guò)大規(guī)模提升5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)，來(lái)提升其無(wú)線覆蓋范圍，進(jìn)而使其在通信業(yè)務(wù)中的地位得到大幅改善。

4 5G技術(shù)中關(guān)鍵性技術(shù)分析

與現(xiàn)階段所使用的移動(dòng)通信技術(shù)相比，要想真正的改進(jìn)和升級(jí)5G移動(dòng)通信技術(shù)，必須要使用更為先進(jìn)的技術(shù)。而5G移動(dòng)通信的技術(shù)并不是單純的在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)的完善，而是開(kāi)發(fā)一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，而且該技術(shù)本身也非常復(fù)雜，技術(shù)難度非常高。

4.1 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

超密集網(wǎng)絡(luò)主要是大幅度的增容系統(tǒng)的容量，并分流業(yè)務(wù)，以此來(lái)靈活部署網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效復(fù)用技術(shù)頻率的提升。在5G移動(dòng)通信技術(shù)下，人們目前正在使用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)會(huì)更加的智能化和綜合化，也會(huì)促進(jìn)全面普及智能化的終端設(shè)備，在未來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行使用時(shí)，主要的業(yè)務(wù)服務(wù)中心將變成室內(nèi)，但是過(guò)于密集的網(wǎng)絡(luò)部署，則會(huì)使得人們使用的網(wǎng)絡(luò)會(huì)變得更加的復(fù)雜，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間會(huì)產(chǎn)生干擾，這種干擾也會(huì)大幅度的增長(zhǎng)。因此，迫切需要能夠?qū)Ω蓴_進(jìn)行消除的技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在熱點(diǎn)區(qū)域的發(fā)展。

4.2 新型傳輸技術(shù)

新型的傳輸技術(shù)即為多天線技術(shù)，該技術(shù)在很久之前就被業(yè)內(nèi)人士提出，其原理就是對(duì)有源天線陣列進(jìn)行引入，大幅增加了能夠支持的天線數(shù)量，最高為128根，能夠?qū)崿F(xiàn)3D天線陣列，也被稱為3D-MIMO技術(shù)，該技術(shù)能夠有效降低各用戶的干擾，并對(duì)無(wú)線信號(hào)的覆蓋率進(jìn)行完善。現(xiàn)階段，很多研究人員對(duì)于這個(gè)技術(shù)進(jìn)行全面的研究，在未來(lái)，5G通信技術(shù)很有可能能夠支持更多的SDMA，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，同時(shí)提升了信號(hào)的覆蓋能力。

4.3 高頻段的傳輸技術(shù)

在現(xiàn)階段的移動(dòng)通信技術(shù)下，頻譜資源非常擁擠，根本原因在于頻段過(guò)多，并且大都集中在3GHz，但是高頻段中，可以使用的資源非常豐富，對(duì)高頻段中的資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)不僅能夠?qū)κ褂觅Y源的情況進(jìn)行緩解，也可以將傳輸數(shù)據(jù)的速度進(jìn)行提升。因此，該技術(shù)使發(fā)展5G移動(dòng)技術(shù)的必然趨勢(shì)，而這種技術(shù)也會(huì)受到氣候環(huán)境以及距離等因素的影響，也弱化了信號(hào)的穿透能力。所以，在開(kāi)發(fā)和研究技術(shù)時(shí)，還需要監(jiān)測(cè)中心進(jìn)一步研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，不斷提升資源優(yōu)化配置的效率。

4.4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的新型技術(shù)

隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，極有可能采用集中化的處理，并且能夠進(jìn)行云計(jì)算。對(duì)于新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，其構(gòu)建思想就是充分利用低成本的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，在傳播網(wǎng)絡(luò)信號(hào)時(shí)，運(yùn)用中心節(jié)點(diǎn)和天線進(jìn)行傳播，在更加廣泛的領(lǐng)域中都能進(jìn)行覆蓋。并且在新型技術(shù)中，會(huì)設(shè)置接口協(xié)議，采用更加虛擬化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通過(guò)對(duì)空閑資源的利益，防止重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象的發(fā)生，在調(diào)度全頻道時(shí)，會(huì)促進(jìn)負(fù)載的均衡，不僅有助于系統(tǒng)的維護(hù)，也降低了運(yùn)營(yíng)成本。

4.5 直接通信技術(shù)

通過(guò)使用5G移動(dòng)通信技術(shù)，能夠在不同的設(shè)備之間進(jìn)行直接的通信，進(jìn)而有效降低能耗與時(shí)延，在此情況下也能更好的發(fā)揮頻譜資源的作用，對(duì)于5G通信效率與質(zhì)量的提升也有很大的幫助。在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，要想將數(shù)據(jù)流量提高到超過(guò)1000倍以上，必然要通過(guò)密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的形式來(lái)達(dá)到這一目標(biāo)。要將5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量在室內(nèi)與熱點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行分布，促使用戶性能不斷提升，有助于網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的提升，現(xiàn)階段，智能終端設(shè)備的使用非常普遍，用戶對(duì)于數(shù)據(jù)流量的要求也越來(lái)越高。因此，5G移動(dòng)通信要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，必須要通過(guò)超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)應(yīng)用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅可以提高系統(tǒng)的容量，也能夠增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍，但同時(shí)也存在很多缺點(diǎn)，比如在較小的范圍內(nèi)，存在一定程度的干擾，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)能效的提升非常不利。由此可見(jiàn)，5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展需要依靠云計(jì)算平臺(tái)，并在自動(dòng)模式與智能配置之間進(jìn)行切換，才能實(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)通信的自動(dòng)智能組網(wǎng)。

4.6 Device to Device（D2D）技術(shù)

Device to Device（D2D）通信主要是在系統(tǒng)控制下，允許終端利用復(fù)用小區(qū)資源，直接進(jìn)行通信的一種技術(shù)，對(duì)于蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率的增加很有幫助，也有助于將終端發(fā)射的功率降低，對(duì)于頻譜資源匱乏的問(wèn)題也能夠很好的進(jìn)行解決。通過(guò)眾多的終端設(shè)備，能夠?qū)Ω采w進(jìn)行改善，進(jìn)而高效的利用頻譜資源，對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的支持也更加靈活，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)可靠性與鏈路的靈活性的提升也有很大幫助。現(xiàn)階段，D2D采用的是廣播和組播以及單播技術(shù)方案等，在以后還會(huì)對(duì)增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行發(fā)展。

4.7 基于濾波器組的多載波技術(shù)

在5G系統(tǒng)中，多載波技術(shù)是以濾波器組為基礎(chǔ)的，能夠?qū)︻l譜效率等方面的問(wèn)題進(jìn)行解決。在5G系統(tǒng)多載波方案中，F(xiàn)BMC技術(shù)是非常重要的實(shí)現(xiàn)方式。在該技術(shù)中，多載波性能主要取決于設(shè)計(jì)原型濾波器和調(diào)制濾波器的情況，為對(duì)頻率響應(yīng)的特性要求進(jìn)行滿足，需要原型濾波器的長(zhǎng)度比子信道的數(shù)量大，實(shí)現(xiàn)起來(lái)的難度也非常復(fù)雜，對(duì)于實(shí)現(xiàn)硬件的效用非常不利。所以，在FNMC技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)算法，必須要求濾波器組的快速實(shí)現(xiàn)。

4.8 全雙工技術(shù)

該技術(shù)也就是同時(shí)同頻的雙向通信技術(shù)。對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)而言，其網(wǎng)絡(luò)側(cè)與終端側(cè)本身會(huì)受到自干擾的影響，這種影響主要來(lái)自發(fā)射與接收的信號(hào)。而由于技術(shù)水平的原因，對(duì)于雙向通信要求二者的同時(shí)同頻，目前還很難實(shí)現(xiàn)。就全雙技術(shù)而言，從理論上來(lái)看，頻譜的利用率被提升了將近一倍，可以靈活的進(jìn)行使用。而伴隨信號(hào)處理技術(shù)以及器件技術(shù)的迅速發(fā)展，在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)也將可以充分應(yīng)用與挖掘同時(shí)同頻的全雙工技術(shù)。

4.9 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與高頻段傳播技術(shù)

自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)屬于智能的自組織技術(shù)，非常自由化，可以自行完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)任務(wù)，無(wú)需人工協(xié)助，非常簡(jiǎn)便，并且比較節(jié)約。雖然該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自我優(yōu)化與配置，但是當(dāng)前時(shí)期網(wǎng)絡(luò)信息比較錯(cuò)雜，要想同時(shí)實(shí)現(xiàn)自優(yōu)化與自配置，還存在比較大的難度。而隨著高頻段傳播技術(shù)的產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用，傳輸頻率得以大大提升，傳輸設(shè)備的大小也被縮短，并且降低了系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，方便了人們的應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)階段移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，一些發(fā)展規(guī)律與趨勢(shì)非常明顯。雖然現(xiàn)階段5G移動(dòng)通信技術(shù)還處于發(fā)展的初期，也沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，但是在今后的幾年中，對(duì)此的研究必然會(huì)更進(jìn)一步，基本輪廓也必將形成。對(duì)于技術(shù)需求與關(guān)鍵功能的指標(biāo)都會(huì)更加完整，整體通信水平也必然得到提升，在此背景下，該技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)突破性的進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張榮國(guó).淺談5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（22）.

[2]王佳，李卓，楊柳，李丹雪.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)的探討[J].中國(guó)信息化，2017（08）.

[3]李業(yè)田.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（21）.