5G移動(dòng)通信的應(yīng)用與發(fā)展方向探析

姜浩　杜金

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)日新月異，從最早的2G，到后來的3G，到目前的4G，數(shù)據(jù)傳輸速度發(fā)生了日新月異的變化和提升。如今，走在大街小巷，人們的生活早已離不開4G網(wǎng)絡(luò)，它極大地帶來了人們衣食住行方式的改變。然而，從目前的情況看，在一些特殊或緊急的情況下，通訊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或滯后的情況也時(shí)有發(fā)生，社會(huì)發(fā)展對更高級別的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求勢在必行。在此趨勢下，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)的發(fā)展方向和重點(diǎn)。本文中，筆者對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展前景、應(yīng)用功能、技術(shù)難點(diǎn)等進(jìn)行綜合性分析與介紹。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展前景

一、5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)概述

4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)帶來了我們生活生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域的變革與發(fā)展，極高的傳輸速度帶來的是整個(gè)通信行業(yè)的改革與前進(jìn)?？梢哉f4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，包括傳輸?shù)陌踩?、高速性等。然而，隨著4G的不斷發(fā)展，也逐漸暴露出一些缺陷和問題，如，在傳輸過程中，對傳輸協(xié)議的理解和判斷還需要很長的時(shí)間，同時(shí)4G傳輸系統(tǒng)的速度并沒有真正的達(dá)到我們心目中想要的速度，在需要進(jìn)行秒傳數(shù)據(jù)的時(shí)候，還是會(huì)出現(xiàn)一些問題。由于這些原因的存在，我們需要迫切的發(fā)展第五代通信系統(tǒng)--5G系統(tǒng)，5G互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)是未來網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的發(fā)展方向，將成為網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最耀眼的明星。但是當(dāng)前我們國家對于5G系統(tǒng)的發(fā)展也只是有一個(gè)初步的設(shè)想，在許多方面還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以這需要行業(yè)一起努力，共同制定5G網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，解決5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中遇到的難題，共筑5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的宏偉藍(lán)圖。

二、5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

我們使用的3G和4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，傳輸時(shí)采用的頻率大多在3.2GHz以下。但是由于傳輸使用的頻率較低，所以在傳輸過程中會(huì)造成某些重要信號的丟失，而且在低頻段傳輸下，我們?nèi)菀妆煌饨绛h(huán)境干擾，同時(shí)我們傳輸速度也會(huì)被限制。而我們國家互聯(lián)網(wǎng)用戶量非常巨大，很多企業(yè)也需要借助互聯(lián)網(wǎng)工具處理公司業(yè)務(wù)，4G技術(shù)已經(jīng)滿足不了這些大企業(yè)大用戶的需求了，所以我們更要加快腳步，將5G技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中。

（一）高頻傳輸技術(shù)

目前，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算得出，當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳輸頻率在30GHz的時(shí)候，可以有效的避免數(shù)據(jù)丟失這個(gè)問題，但如果想用30GHz傳輸數(shù)據(jù)，就需要在硬件和軟件設(shè)備上一起改進(jìn)，而且采用30GHz傳輸也會(huì)出現(xiàn)其他問題，比如傳輸?shù)男盘柊l(fā)生源需要更大的功率，接收信號的信號搭需要搭建的更高，接受信號的信號站需要配備專門的變頻系統(tǒng)等等，這都需要我們繼續(xù)研究，繼續(xù)思考，努力解決這些問題，為5G系統(tǒng)的發(fā)展鋪平道路?，F(xiàn)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工作站發(fā)送的信號都是在相對較低的頻段，低頻段的好處的是傳播性能優(yōu)越，可以使運(yùn)營商用較少的成本（少量基站）達(dá)到很好的覆蓋。但是有一點(diǎn)不足就是低頻段的連續(xù)頻率資源非常寶貴，在國外各大運(yùn)營商會(huì)通過競標(biāo)的方式購買頻段的使用權(quán)，而在我們國家是政府分配。在4GLTE中單個(gè)載波最大的頻率范圍是20MHz，通過載波聚合技術(shù)可以將多個(gè)非連續(xù)的載波合起來使用達(dá)到更高的速率，但是這樣還依然不夠。5G的一個(gè)特點(diǎn)就是高頻，受限于高頻的傳播性能，所以很多的高頻段頻率資源沒有被使用，這正是5G可以好好利用的資源。但是如何解決高頻通信的傳播問題呢？這就輪到大規(guī)模天線（massiveMIMO）登場的時(shí)候了，高頻資源的頻率很高，波長就很短（毫米波），那么在天線設(shè)計(jì)的時(shí)候可以做到天線陣子和他們之間的距離很小，就可以在很小的范圍內(nèi)集成天線陣列。天線陣子數(shù)量的增加可以帶來額外的增益，結(jié)合波束賦形，波束追蹤技術(shù)以彌補(bǔ)高頻通信在傳播上的受限。

（二）多址技術(shù)

我們知道3G和4G技術(shù)也都采用了多址技術(shù)，但是在3G和4G技術(shù)中我們往往只設(shè)置很少數(shù)的基站，來進(jìn)行信號交流、接收、傳遞，這是由于我們基站有許多信道，而每一個(gè)信道用來傳輸一種信息，就會(huì)造成資源浪費(fèi)。在我們第五代的傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)中，我們將采用更先進(jìn)的NOMA技術(shù)，這個(gè)技術(shù)采用的是非正交發(fā)送接收的技術(shù)，通過對干擾信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)和濾波，可以很快、很精確的得到我們所需的信號。而我們即將發(fā)展的5G技術(shù)將在這個(gè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將基站進(jìn)行硬件改造，讓我們數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中可以只借助一個(gè)信道進(jìn)行多種數(shù)據(jù)的傳輸，這樣就會(huì)節(jié)省出我們分析信道的時(shí)間了，同時(shí)我么你也會(huì)從軟件方面進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩嵘?G網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

（三）多天線傳輸技術(shù)

每一個(gè)基站我們只會(huì)用一根主要的天線和幾十根輔助的天線來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如果我們從理論出發(fā)，每增加一根天線，就能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和容量，但是如果我們采用的天線過多也會(huì)出現(xiàn)每根天線數(shù)據(jù)接收不均的問題。所以我們可以采用LSAS技術(shù)，將每根天線負(fù)責(zé)的領(lǐng)域用數(shù)學(xué)建模的方法給計(jì)算出來。對于接收不同頻率的信號，我們也可以將這些信號的幀進(jìn)行詳細(xì)的分類，得到不同的幀板塊，來接收存放這些信息。如果我們能夠采用LSAS技術(shù)，我們也可以將基站的天線增加至幾百根，這就從根本上解決了基站傳輸容量不夠的問題，可以使基站的接受效率提高數(shù)十個(gè)量級。

三、5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

5G網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)，不僅可以替代以前3G和4G網(wǎng)絡(luò)的所有功能，還擁有許多當(dāng)前新型科技的所需要的功能。比如我們軍隊(duì)在指揮時(shí)，需要快速的將敵方位置的坐標(biāo)發(fā)給導(dǎo)彈指揮部，這需要瞬間傳輸完成，而且期間還要具有十分良好的安全保障性能，5G技術(shù)能夠很好的滿足其要求。當(dāng)我們想要完全實(shí)現(xiàn)無人駕駛這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，我們需要更快，更高效的將指令發(fā)給汽車的控制中心，這同樣需要高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳遞，但是目前的4G技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，而5G技術(shù)在這一方面擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

（一）低時(shí)延高可靠技術(shù)

LTE網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延邁進(jìn)了100ms的關(guān)口，使對實(shí)時(shí)性要求比較高的應(yīng)用如游戲，視頻，數(shù)據(jù)電話成為可能。而5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，將會(huì)使時(shí)延降到更低，會(huì)為更多對時(shí)延要求極致的應(yīng)用提供生長的土壤。降低時(shí)延的技術(shù)原理：LTE中的一個(gè)TTI是1ms，而5G將通過對幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將每個(gè)子幀在時(shí)域上進(jìn)行縮短從而在物理層上進(jìn)行時(shí)延的優(yōu)化。相信在后期5G信令的設(shè)計(jì)上也會(huì)采用以降低時(shí)延為目標(biāo)的信令結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這個(gè)技術(shù)可以很好的應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)、遠(yuǎn)程駕駛車、聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)駕駛、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

（二）大容量技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)話題最近幾年來一直占據(jù)著熱門，但是受限于終端的功耗以及無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，廣域物聯(lián)網(wǎng)仍處于萌芽的狀態(tài)，伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)大容量技術(shù)的出現(xiàn)，就可以解決這個(gè)問題。大容量技術(shù)可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧家居、智慧電網(wǎng)、智能放牧、種植物流、實(shí)時(shí)追蹤等新興領(lǐng)域。

四、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展共同推動(dòng)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的不斷更新，當(dāng)4G系統(tǒng)不能滿足當(dāng)前新型移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需要時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究工作開始啟動(dòng)。目前關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)的研究還處于初級階段，隨著研究的不斷深入，5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景良好，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必將邁向一個(gè)新時(shí)代。

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