試論5G通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/h1>
2018-04-17 09:11:30湖南省通信建設(shè)有限公司
電子世界 2018年1期
湖南省通信建設(shè)有限公司 曾 義
4G的到來仿佛還在昨日，5G卻已經(jīng)近在咫尺，在我國居民的生活水平提高的同時，移動通信的科技也在持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表明，我國居民將很快可以使用上5G通信。相較于3G和4G網(wǎng)絡(luò)，5G在安全性方面略勝一籌，并且5G擁有更好的智能性。
1.關(guān)于5G通信的簡單論述
1.1 5G通信的定義
“5G”為外語的縮寫，學名為第五代移動電話行動通信標準，也被叫做第五代移動通信技術(shù)。百度百科對其的定義是：4G之后的延伸，目前還在研究當中，理論網(wǎng)絡(luò)速度為10Gb/s,折合為下載速度是1.25GB/s。
根據(jù)飛象網(wǎng)的報道，國際電信聯(lián)盟組織已經(jīng)確定5G通信網(wǎng)絡(luò)，“5G”的正式名稱定為IMT-2020，并得到了世界各國的認可。未來的5G網(wǎng)絡(luò)將至少有20Gbps的下行速度，從而用戶下載一部高清電影大概只需要10秒鐘，從而可以幫助居民節(jié)約很多時間。該組織還聲明將在2020年將5G投入商業(yè)使用，5G網(wǎng)絡(luò)可以同時為一百多萬臺互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)支持，并且保證網(wǎng)速在100Mbps以上，而且基站本身所需的占地面積大概不到一平方公里。雖然需要到2020年才能使用到5G網(wǎng)絡(luò)，但是國際電信聯(lián)盟組織將會在2018年的冬季奧運會上演示5G技術(shù)，這也是5G技術(shù)參與的第一個重大演示活動。此外，國際電信聯(lián)盟組織預計在2019年開始分配5G網(wǎng)絡(luò)國際頻譜，屆時，讀者可以自行關(guān)注。
1.2 5G通信的發(fā)展過程
5G通信主要是指我國第五代移動通信的技術(shù)，截止目前為止，我國的通信技術(shù)還是以2G/3G/4G為主。雖然依照現(xiàn)有的技術(shù)水平，5G通信還處在研究理論當中，但是還是有很大的可能性使之成為現(xiàn)實。和傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，5G通信不僅存儲量高于4G通信，網(wǎng)絡(luò)的運行速度也快了許多，從而吸引了一大批群眾的認可。相對的，支持5G通信用戶增多的同時，也就減少了4G用戶量，從而大大增加了5G的數(shù)據(jù)傳輸量。
如果在5G技術(shù)系統(tǒng)中結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而使通信可以支持部分機器，也就大大降低了成本和能耗。雖然目前還沒有出現(xiàn)5G技術(shù)的具體部署標準，但是我們可以大膽預測在未來的發(fā)展中，5G技術(shù)的具體部署目標，具體包括為以下幾點。
首先，是在安全性能方面，對比目前的通信技術(shù)需要做進一步的提高，具體包括NFV和SDN的虛擬化安全，5G通信可以在互聯(lián)網(wǎng)和多天線等技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過加密、隔離等技術(shù)來保護用戶的信息。另外，還可以提供一些對自然災害以及惡劣天氣的通知，類似于短信提醒，目前已經(jīng)有商家開始對5G通信的這部分功能展開了研究。
第二，提升并保障網(wǎng)絡(luò)運行速度，確保5G的傳輸速率比4G快10倍以上，在網(wǎng)絡(luò)高峰期，也能達到 1Gb/s。這就需要增加5G通信的覆蓋面積，減少同一區(qū)域的基站數(shù)量。對此一是可以增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。采用這兩種技術(shù)之后，既可以減少了基站對于附件居民的輻射，也有利于運營商降低維護和運營的成本，還滿足了人們對于網(wǎng)速的需求。
第三，由于5G網(wǎng)絡(luò)可以減少4G網(wǎng)中存在的1ms的延遲潛伏期，因此我國大部分群眾都在期待5G通信。并且我國通信主管部門也在按照國際電聯(lián)的計劃，預計2020年左右使5G通信可以投入商業(yè)化使用。所以，5G通信模式的出世，屬于時代發(fā)展的一個必然產(chǎn)物。
2.決定5G通信的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署
超密集異構(gòu)技術(shù)既可以解決5G中提出的網(wǎng)速提高10倍的問題，也可以提高空間譜利用率，增強室內(nèi)覆蓋范圍。由于蜂窩小區(qū)的覆蓋區(qū)域在逐漸變小，而小區(qū)的分裂難度卻在進一步增加，導致運營商已經(jīng)無法尋找最合適的站點，只能改善站點部署密集度。而超密集異構(gòu)網(wǎng)通過部署更加“密集化”的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，提供頻率復用效率，從而使之在局部熱點區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)容量提升，其常見的應用場景包括：校園、住宅區(qū)、商業(yè)街、地鐵、景區(qū)、體育場等等。
2.2 D2D（Device-to-Device）技術(shù)
隨著科學技術(shù)的進步，有關(guān)用戶終端的種類也在逐漸增多，與之對應的無線通信能力也在增強。現(xiàn)如今，終端設(shè)備之間的直接通信，除了通過2G、3G、4G連接兩個節(jié)點之外，還可以依賴于WiFi、藍牙、LTE—D2D等技術(shù)。此外，通過對上述通信技術(shù)的整理和改進，還可催生出一些新的應用場景來滿足用戶的需要。比如車直接通信：在將來，車聯(lián)網(wǎng)不僅僅是指車與網(wǎng)絡(luò)之間的一個遠程通信，以后車與車、車與路、甚至車和人(V2V，V2I，V2P，統(tǒng)稱V2x)都可以完成一個頻繁交互的短程通信。再比如，終端間協(xié)作通信：在未來的通信中，不僅網(wǎng)絡(luò)兩端可以通過無線相互協(xié)作，此后終端之間也可以通過臨近終端之間的短距離技術(shù)連接，互相中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以此做到互相協(xié)作。還有數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)：終端通過基站節(jié)點的協(xié)助，可以自發(fā)組織建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，以此來進行共享數(shù)據(jù)業(yè)務。
2.3 MIMO技術(shù)
MIM0（Multiple-lnput Multiple-Output）技術(shù)主要是指在發(fā)送端和接收端兩側(cè)設(shè)立多個天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接受，從而形成獨特的MIMO通信線路。這種技術(shù)的好處在于可以充分利用空間資源，通過多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，可以運用到提升5G通信的傳輸速率和系統(tǒng)容量當中。
2.4 新型多址技術(shù)
新型多址技術(shù)主要包括：FDMA，TDMA，CDMA和SDMA，主要是指在無線通信系統(tǒng)中，多用戶通過同一個基站和其用戶進行通信，在接收端利用科學的接收算法，對多用戶信息進行分離，進而提升系統(tǒng)頻譜效率，促使系統(tǒng)的接入容量有所增加。而在不久的將來，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)將成為移動通信發(fā)展的主要驅(qū)動力，因此要求5G通信不僅需要具備提升系統(tǒng)頻譜效率的能力，還需要支持海量設(shè)備連接。而新型多址技術(shù)可以高效解決此類問題。
2.5 毫米波技術(shù)
毫米波頻段一般為30～300 GHz，其具有波長短、波束窄、高傳輸質(zhì)量、支持全天候通信等特點。因此，一般緊缺頻譜資源時，可以采用毫米波通信，有助于提升通信容量。另外，由于5G需要建立超密集網(wǎng)絡(luò)，基站間距過短，基站之間會有很多干擾。而毫米波由于本身波速較窄，具有很好的抗干擾能力，可以有效解決此類問題。
3.通信中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃匝芯?/h2>3.1 加強技術(shù)修復
要實現(xiàn)5G通信，最關(guān)鍵的一點就是要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?G的核心技術(shù)就是需要更好的對通信中的漏洞進行防護，最直接的就是要繼續(xù)對防火墻進行技術(shù)研究。但是，在目前的通信研究開發(fā)的過程中，還是會出現(xiàn)很多其他的漏洞，比如0Day等等。因此為了防止數(shù)據(jù)被篡改需要不斷的更新，并及時修復技術(shù)漏洞。
3.2 5G通信數(shù)據(jù)的優(yōu)勢
在5G網(wǎng)絡(luò)時代，覆蓋式網(wǎng)絡(luò)將被大規(guī)模的天線技術(shù)取代。從而可以減少很多基站的建設(shè)，即降低了維護的成本，也減少了很多污染。而5G的電子信息工程的設(shè)計人員，則需要在充分了解移動通信發(fā)展的特點之后，在設(shè)計中展現(xiàn)出更多的現(xiàn)代化優(yōu)勢，供人類使用。
3.3 如何保障5G順利運行
為了讓5G盡早投入使用，更好的促進電子通信的發(fā)展，筆者有以下幾點建議，可供讀者參詳：首先，企業(yè)需要在投資和利潤之間做好權(quán)衡，應當牢記可持續(xù)發(fā)展的運營理念，利用低能耗的資源，構(gòu)建更好的服務體系質(zhì)量。
其次，需要準確、及時的整理信息化數(shù)據(jù)，使之歸入一個超大容量的數(shù)據(jù)庫。由于每個人采集的信息都不一樣，這樣便可以在保證量的同時，也可以適當?shù)慕档统杀竞湍芎?。值得注意的是，在采集之后，必須及時上傳新數(shù)據(jù)，確保對移動通信真正意義上的傳輸。
另外，只有實現(xiàn)核心技術(shù)，才能保證5G的運行。因此有關(guān)部門還要加大對技術(shù)方面的研發(fā)力度，確保得到一個多元化的5G的核心技術(shù)，當然整個網(wǎng)絡(luò)運行的過程中，還要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
最后，足夠的技術(shù)人才是實現(xiàn)5G技術(shù)最重要的一點，因此，有關(guān)單位只有堅持培養(yǎng)人才，才能為科研注入活力，才能不斷提升技術(shù)研發(fā)水平，才能保證5G技術(shù)的順利運行，才能推出更多的新科技。
4.結(jié)束語
總而言之，倘若2020年5G通信可以實現(xiàn)并且可以投入使用，那么對于通信行業(yè)而言，將會是里程碑式的變革：5G通信將提高無線頻譜效率、增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積、提升信息傳輸速度、降低企業(yè)運營成本等等。值得注意的是，雖然5G通信的傳輸安全性有所提高，但是依舊不能放松警惕，目前最主要的任務就是加強科學研究，合理利用文中描述的關(guān)鍵性技術(shù)，確保5G通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
[1]劉江.試論5G通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訹J].數(shù)字通信世界,2017,(9):52.
[2]王建軍,張玉娟.5G主要關(guān)鍵技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)新導報,2016,(33):66,68.
[3]陳琰.5G移動網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式研究[J].數(shù)字通信世界,2016,(10):7,18.
[4]國際電信聯(lián)盟提出5G網(wǎng)絡(luò)全球標準化[J].移動通信,2015,(12):83-83.
[5]楊柳,李丹雪,王佳等.5G時代傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略探討[J].中國信息化,2017,(7):57-59.
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湖南省通信建設(shè)有限公司 曾 義
4G的到來仿佛還在昨日，5G卻已經(jīng)近在咫尺，在我國居民的生活水平提高的同時，移動通信的科技也在持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表明，我國居民將很快可以使用上5G通信。相較于3G和4G網(wǎng)絡(luò)，5G在安全性方面略勝一籌，并且5G擁有更好的智能性。
1.關(guān)于5G通信的簡單論述
1.1 5G通信的定義
“5G”為外語的縮寫，學名為第五代移動電話行動通信標準，也被叫做第五代移動通信技術(shù)。百度百科對其的定義是：4G之后的延伸，目前還在研究當中，理論網(wǎng)絡(luò)速度為10Gb/s,折合為下載速度是1.25GB/s。
根據(jù)飛象網(wǎng)的報道，國際電信聯(lián)盟組織已經(jīng)確定5G通信網(wǎng)絡(luò)，“5G”的正式名稱定為IMT-2020，并得到了世界各國的認可。未來的5G網(wǎng)絡(luò)將至少有20Gbps的下行速度，從而用戶下載一部高清電影大概只需要10秒鐘，從而可以幫助居民節(jié)約很多時間。該組織還聲明將在2020年將5G投入商業(yè)使用，5G網(wǎng)絡(luò)可以同時為一百多萬臺互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)支持，并且保證網(wǎng)速在100Mbps以上，而且基站本身所需的占地面積大概不到一平方公里。雖然需要到2020年才能使用到5G網(wǎng)絡(luò)，但是國際電信聯(lián)盟組織將會在2018年的冬季奧運會上演示5G技術(shù)，這也是5G技術(shù)參與的第一個重大演示活動。此外，國際電信聯(lián)盟組織預計在2019年開始分配5G網(wǎng)絡(luò)國際頻譜，屆時，讀者可以自行關(guān)注。
1.2 5G通信的發(fā)展過程
5G通信主要是指我國第五代移動通信的技術(shù)，截止目前為止，我國的通信技術(shù)還是以2G/3G/4G為主。雖然依照現(xiàn)有的技術(shù)水平，5G通信還處在研究理論當中，但是還是有很大的可能性使之成為現(xiàn)實。和傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，5G通信不僅存儲量高于4G通信，網(wǎng)絡(luò)的運行速度也快了許多，從而吸引了一大批群眾的認可。相對的，支持5G通信用戶增多的同時，也就減少了4G用戶量，從而大大增加了5G的數(shù)據(jù)傳輸量。
如果在5G技術(shù)系統(tǒng)中結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而使通信可以支持部分機器，也就大大降低了成本和能耗。雖然目前還沒有出現(xiàn)5G技術(shù)的具體部署標準，但是我們可以大膽預測在未來的發(fā)展中，5G技術(shù)的具體部署目標，具體包括為以下幾點。
首先，是在安全性能方面，對比目前的通信技術(shù)需要做進一步的提高，具體包括NFV和SDN的虛擬化安全，5G通信可以在互聯(lián)網(wǎng)和多天線等技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過加密、隔離等技術(shù)來保護用戶的信息。另外，還可以提供一些對自然災害以及惡劣天氣的通知，類似于短信提醒，目前已經(jīng)有商家開始對5G通信的這部分功能展開了研究。
第二，提升并保障網(wǎng)絡(luò)運行速度，確保5G的傳輸速率比4G快10倍以上，在網(wǎng)絡(luò)高峰期，也能達到 1Gb/s。這就需要增加5G通信的覆蓋面積，減少同一區(qū)域的基站數(shù)量。對此一是可以增加頻譜利用率，二是增加頻譜帶寬。采用這兩種技術(shù)之后，既可以減少了基站對于附件居民的輻射，也有利于運營商降低維護和運營的成本，還滿足了人們對于網(wǎng)速的需求。
第三，由于5G網(wǎng)絡(luò)可以減少4G網(wǎng)中存在的1ms的延遲潛伏期，因此我國大部分群眾都在期待5G通信。并且我國通信主管部門也在按照國際電聯(lián)的計劃，預計2020年左右使5G通信可以投入商業(yè)化使用。所以，5G通信模式的出世，屬于時代發(fā)展的一個必然產(chǎn)物。
2.決定5G通信的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署
超密集異構(gòu)技術(shù)既可以解決5G中提出的網(wǎng)速提高10倍的問題，也可以提高空間譜利用率，增強室內(nèi)覆蓋范圍。由于蜂窩小區(qū)的覆蓋區(qū)域在逐漸變小，而小區(qū)的分裂難度卻在進一步增加，導致運營商已經(jīng)無法尋找最合適的站點，只能改善站點部署密集度。而超密集異構(gòu)網(wǎng)通過部署更加“密集化”的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，提供頻率復用效率，從而使之在局部熱點區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)容量提升，其常見的應用場景包括：校園、住宅區(qū)、商業(yè)街、地鐵、景區(qū)、體育場等等。
2.2 D2D（Device-to-Device）技術(shù)
隨著科學技術(shù)的進步，有關(guān)用戶終端的種類也在逐漸增多，與之對應的無線通信能力也在增強。現(xiàn)如今，終端設(shè)備之間的直接通信，除了通過2G、3G、4G連接兩個節(jié)點之外，還可以依賴于WiFi、藍牙、LTE—D2D等技術(shù)。此外，通過對上述通信技術(shù)的整理和改進，還可催生出一些新的應用場景來滿足用戶的需要。比如車直接通信：在將來，車聯(lián)網(wǎng)不僅僅是指車與網(wǎng)絡(luò)之間的一個遠程通信，以后車與車、車與路、甚至車和人(V2V，V2I，V2P，統(tǒng)稱V2x)都可以完成一個頻繁交互的短程通信。再比如，終端間協(xié)作通信：在未來的通信中，不僅網(wǎng)絡(luò)兩端可以通過無線相互協(xié)作，此后終端之間也可以通過臨近終端之間的短距離技術(shù)連接，互相中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以此做到互相協(xié)作。還有數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)：終端通過基站節(jié)點的協(xié)助，可以自發(fā)組織建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，以此來進行共享數(shù)據(jù)業(yè)務。
2.3 MIMO技術(shù)
MIM0（Multiple-lnput Multiple-Output）技術(shù)主要是指在發(fā)送端和接收端兩側(cè)設(shè)立多個天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接受，從而形成獨特的MIMO通信線路。這種技術(shù)的好處在于可以充分利用空間資源，通過多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，可以運用到提升5G通信的傳輸速率和系統(tǒng)容量當中。
2.4 新型多址技術(shù)
新型多址技術(shù)主要包括：FDMA，TDMA，CDMA和SDMA，主要是指在無線通信系統(tǒng)中，多用戶通過同一個基站和其用戶進行通信，在接收端利用科學的接收算法，對多用戶信息進行分離，進而提升系統(tǒng)頻譜效率，促使系統(tǒng)的接入容量有所增加。而在不久的將來，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)將成為移動通信發(fā)展的主要驅(qū)動力，因此要求5G通信不僅需要具備提升系統(tǒng)頻譜效率的能力，還需要支持海量設(shè)備連接。而新型多址技術(shù)可以高效解決此類問題。
2.5 毫米波技術(shù)
毫米波頻段一般為30～300 GHz，其具有波長短、波束窄、高傳輸質(zhì)量、支持全天候通信等特點。因此，一般緊缺頻譜資源時，可以采用毫米波通信，有助于提升通信容量。另外，由于5G需要建立超密集網(wǎng)絡(luò)，基站間距過短，基站之間會有很多干擾。而毫米波由于本身波速較窄，具有很好的抗干擾能力，可以有效解決此類問題。
3.通信中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃匝芯?/h2>3.1 加強技術(shù)修復
要實現(xiàn)5G通信，最關(guān)鍵的一點就是要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?G的核心技術(shù)就是需要更好的對通信中的漏洞進行防護，最直接的就是要繼續(xù)對防火墻進行技術(shù)研究。但是，在目前的通信研究開發(fā)的過程中，還是會出現(xiàn)很多其他的漏洞，比如0Day等等。因此為了防止數(shù)據(jù)被篡改需要不斷的更新，并及時修復技術(shù)漏洞。
3.2 5G通信數(shù)據(jù)的優(yōu)勢
在5G網(wǎng)絡(luò)時代，覆蓋式網(wǎng)絡(luò)將被大規(guī)模的天線技術(shù)取代。從而可以減少很多基站的建設(shè)，即降低了維護的成本，也減少了很多污染。而5G的電子信息工程的設(shè)計人員，則需要在充分了解移動通信發(fā)展的特點之后，在設(shè)計中展現(xiàn)出更多的現(xiàn)代化優(yōu)勢，供人類使用。
3.3 如何保障5G順利運行
為了讓5G盡早投入使用，更好的促進電子通信的發(fā)展，筆者有以下幾點建議，可供讀者參詳：首先，企業(yè)需要在投資和利潤之間做好權(quán)衡，應當牢記可持續(xù)發(fā)展的運營理念，利用低能耗的資源，構(gòu)建更好的服務體系質(zhì)量。
其次，需要準確、及時的整理信息化數(shù)據(jù)，使之歸入一個超大容量的數(shù)據(jù)庫。由于每個人采集的信息都不一樣，這樣便可以在保證量的同時，也可以適當?shù)慕档统杀竞湍芎?。值得注意的是，在采集之后，必須及時上傳新數(shù)據(jù)，確保對移動通信真正意義上的傳輸。
另外，只有實現(xiàn)核心技術(shù)，才能保證5G的運行。因此有關(guān)部門還要加大對技術(shù)方面的研發(fā)力度，確保得到一個多元化的5G的核心技術(shù)，當然整個網(wǎng)絡(luò)運行的過程中，還要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
最后，足夠的技術(shù)人才是實現(xiàn)5G技術(shù)最重要的一點，因此，有關(guān)單位只有堅持培養(yǎng)人才，才能為科研注入活力，才能不斷提升技術(shù)研發(fā)水平，才能保證5G技術(shù)的順利運行，才能推出更多的新科技。
4.結(jié)束語
總而言之，倘若2020年5G通信可以實現(xiàn)并且可以投入使用，那么對于通信行業(yè)而言，將會是里程碑式的變革：5G通信將提高無線頻譜效率、增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積、提升信息傳輸速度、降低企業(yè)運營成本等等。值得注意的是，雖然5G通信的傳輸安全性有所提高，但是依舊不能放松警惕，目前最主要的任務就是加強科學研究，合理利用文中描述的關(guān)鍵性技術(shù)，確保5G通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
[1]劉江.試論5G通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訹J].數(shù)字通信世界,2017,(9):52.
[2]王建軍,張玉娟.5G主要關(guān)鍵技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)新導報,2016,(33):66,68.
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