淺析5G發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢

賴璽羽

摘 要：21世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，在滿足人們的交流需求的同時(shí)也刺激萌生出對更安全、更高效、更便捷的信息傳播途徑的需求。4G時(shí)代的降臨便捷了人們的生活和服務(wù)，但互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代瞬息萬變，本文綜合分析了在當(dāng)代大發(fā)展的背景下未來互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，并依據(jù)該分析判斷，5G未來發(fā)展趨勢和特點(diǎn)，并在研究4G的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的發(fā)展建議和意見。

關(guān)鍵詞：5G 4G時(shí)代特征 便利化 智能化信息時(shí)代 未來趨勢

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（b）-0018-02

當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)以互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)為主要導(dǎo)向的社會(huì)，很多人每天必做的一件事就是打開手機(jī)搜尋信息。隨著社交網(wǎng)絡(luò)媒體和智能化科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)下的終端的興起，可以預(yù)見，未來幾年，與人們密切相關(guān)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需求將會(huì)呈現(xiàn)出爆炸式增長。同時(shí)，由于各種服務(wù)號、APP、論壇等的快速發(fā)展，人們的生活不僅變得更加便捷高效，拉近了人與人之間的距離的同時(shí)，人們也認(rèn)識到擁有一個(gè)快速的網(wǎng)路傳輸途徑的重要性。隨著線上支付、掃碼支付等模式的普及，不同環(huán)境下穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)信號也顯得格外重要。經(jīng)歷了2G、3G、4G的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)清楚地認(rèn)識到——現(xiàn)有的4G技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足這些業(yè)務(wù)需求。隨著科技的發(fā)展，5G的推出無疑給當(dāng)今的通訊便利化等提供了新的出路，分析目前5G的發(fā)展現(xiàn)狀以及分析未來互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大背景下5G未來發(fā)展趨勢也顯得尤為重要。

1 4G發(fā)展中的優(yōu)勢與弊端

4G發(fā)展也是人類互聯(lián)網(wǎng)科技的一大重要突破，掀起了時(shí)代改革的巨潮。在發(fā)展和應(yīng)用中，人們體驗(yàn)到了4G的快速和便利，也發(fā)現(xiàn)了4G應(yīng)用過程中諸如信息泄露、覆蓋面不全等弊端。同時(shí)，低能耗和廣泛覆蓋也是未來B4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求。

到目前為止，網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)提供商和終端用戶之間的角色已經(jīng)分離，但它們將變得模糊，甚至有時(shí)會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。可以考慮這個(gè)數(shù)字化的最后一個(gè)角落的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或平臺經(jīng)濟(jì)打擊商業(yè)部門的情況下，但預(yù)期的結(jié)果是一樣的——盛大開幕的移動(dòng)通信系統(tǒng)作為一個(gè)整體，全新的機(jī)會(huì)和威脅其參與者。

1.1 4G發(fā)展中的優(yōu)勢

自從3G出現(xiàn)以來，已經(jīng)采用了與多天線相關(guān)的更多技術(shù)來提高系統(tǒng)容量。在3G系統(tǒng)中，多發(fā)射天線主要用于波束形成，可以提高鏈路的信噪比（信噪比）。而正交—頻分多路復(fù)用（OFDM）極大地降低在4G MIMO系統(tǒng)，特別是在多路徑傳播的環(huán)境接收機(jī)復(fù)雜度。

OFDM已經(jīng)引起了現(xiàn)在已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的空間復(fù)用方案的浪潮。利用空間多重復(fù)用，無線鏈路可以支持多層傳輸，這有助于4G系統(tǒng)的峰值數(shù)據(jù)速率比3G系統(tǒng)高兩倍甚至三倍。LTE中多輸入多輸出技術(shù)的研究進(jìn)展。允許更多的用戶同時(shí)在線，這也為短短幾年間快速發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)提供了條件。

1.2 4G發(fā)展中的弊端

隨著4G以及互聯(lián)網(wǎng)的普及，人們對互聯(lián)網(wǎng)的依賴度逐步提升，同時(shí)，人們對信息安全、隱私保護(hù)的關(guān)注度也日益增加。全球每天都有不計(jì)其數(shù)的人受到網(wǎng)絡(luò)信息泄露的危害，并處于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的擔(dān)心之中。如何發(fā)展更加穩(wěn)定便捷安全的網(wǎng)絡(luò)成為了當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。

2 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展使得我們的日常溝通更加便捷的同時(shí)，也使得人們對高效率的生活方式更加看重。

高端智能手機(jī)的故事表明，需要提供更好的用戶體驗(yàn)是提高網(wǎng)絡(luò)容量的主要?jiǎng)恿Α?007年，美國沒有“殺手級應(yīng)用程序”，結(jié)果，美國3G蜂窩系統(tǒng)的容量不足20%，運(yùn)營商開始質(zhì)疑為什么他們?yōu)?G花費(fèi)了這么大的資金。然而，2007年6月，蘋果推出了高端手機(jī)，這徹底改變了這一局面。由此產(chǎn)生的無線數(shù)據(jù)需求激增抑制了網(wǎng)絡(luò)，迫使運(yùn)營商部署更多3G設(shè)備，而運(yùn)營商還被要求加快4G標(biāo)準(zhǔn)化，增加系統(tǒng)容量，滿足用戶需求；由此產(chǎn)生的對快速數(shù)據(jù)的需求推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展，并且這進(jìn)一步增加了容量。5G將繼續(xù)這一周期，它將支持范圍廣泛的服務(wù)和應(yīng)用程序，這些服務(wù)和應(yīng)用程序的互聯(lián)程度將大大提高，并對企業(yè)和社會(huì)生活產(chǎn)生更大影響。

新一代的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，即5G，預(yù)計(jì)將通過連接數(shù)十億臺設(shè)備，并最終將整個(gè)社會(huì)數(shù)字化，從而革新傳統(tǒng)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。這種開發(fā)將基于在特定的高需求位置密集部署小蜂窩網(wǎng)絡(luò)，以補(bǔ)充傳統(tǒng)的宏單元部署。政策制定者已在全球范圍內(nèi)認(rèn)識到，廣泛部署和及時(shí)采取高容量網(wǎng)絡(luò)的重要性，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的充分經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的關(guān)鍵推動(dòng)者。

3 5G發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展優(yōu)勢

5G來自于英文fifth-generation的縮寫，指移動(dòng)電話系統(tǒng)第五代，也是4G的延伸。第五代（5G）移動(dòng)通信系統(tǒng)（也稱為IMT-2020）的主要目標(biāo)之一，是將當(dāng)前的數(shù)據(jù)速率提高到每秒幾千兆比特（Gbit/s），甚至高達(dá)10個(gè)Gbit/s甚至更高?？紤]的一個(gè)可能性是使用更高的頻率，以擴(kuò)大可用的帶寬。

3.1 5G發(fā)展現(xiàn)狀

移動(dòng)運(yùn)營商業(yè)務(wù)目前受到高度監(jiān)管，表明監(jiān)管機(jī)構(gòu)對移動(dòng)通信業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)的形成有重大影響。通過采用旨在促進(jìn)競爭和共享基礎(chǔ)設(shè)施的新監(jiān)管機(jī)制，移動(dòng)市場已從國有壟斷企業(yè)發(fā)展為競爭環(huán)境。商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)尤其受到監(jiān)管機(jī)構(gòu)用來分配頻譜的機(jī)制的影響，直接關(guān)系到運(yùn)營商和生態(tài)系統(tǒng)中的其他利益相關(guān)者。同時(shí)，基于進(jìn)化的生態(tài)系統(tǒng)然而大大發(fā)展以外的移動(dòng)連接和通信領(lǐng)域，包括一方面發(fā)展導(dǎo)致提高產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，另一方面大量的訪問和服務(wù)基于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)創(chuàng)建、使用和共享的個(gè)人和企業(yè)。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)帶來的容量增加數(shù)千倍，能效成為當(dāng)務(wù)之急。能力不應(yīng)只是平均增加；還需要顯著增加小區(qū)邊緣的吞吐量，以保證用戶無論在哪里都能獲得卓越的無線體驗(yàn)。

為了服務(wù)無處不在并支持大量連接，5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)必須部署得非常密集。如果效率保持在目前的水平，能源消耗將激增。“綠色環(huán)?！钡睦砟钜呀?jīng)在全球許多行業(yè)扎根。

蜂窩產(chǎn)業(yè)是全球二氧化碳排放的主要貢獻(xiàn)者。

未來，以犧牲環(huán)境為代價(jià)追求超高速、網(wǎng)絡(luò)速度和卓越的用戶體驗(yàn)將是社會(huì)所不能接受的。

因此，研究人員需要設(shè)計(jì)更智能的方法向用戶呈現(xiàn)能量信息，減少無目的傳輸造成的有害干擾，并通過進(jìn)一步縮小電路和降低功耗來遵循摩爾定律。提高能效需要更經(jīng)濟(jì)高效的現(xiàn)場規(guī)劃、建設(shè)和維護(hù)。這些傳統(tǒng)上占蜂窩系統(tǒng)內(nèi)大部分能量消耗。5G終端還需要能效，這需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和設(shè)備制造商之間的合作。摩爾定律也適用于終端和網(wǎng)絡(luò)——終端中電路的尺寸將繼續(xù)減小，并且以更少的功率和更小的管芯面積進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。

為了實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，需要更寬的帶寬。應(yīng)該指出的是，無線寬帶傳輸技術(shù)要求其發(fā)展的頻率。

3.2 發(fā)展優(yōu)勢及特點(diǎn)

未來5G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是提供新的高質(zhì)量無線服務(wù)，以滿足傳統(tǒng)移動(dòng)寬帶服務(wù)之外的各種垂直領(lǐng)域的嚴(yán)格和具體的需求。5G預(yù)計(jì)將破壞移動(dòng)通信業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，并開放市場，以全新的共享網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營模式。5G技術(shù)特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)部署切片和小細(xì)胞更高的載波頻率會(huì)降低新進(jìn)入者的投資壁壘，部署當(dāng)?shù)仉娕_訪問網(wǎng)絡(luò)和提供垂直在特定領(lǐng)域特定的服務(wù)，允許他們租賃剩余所需基礎(chǔ)設(shè)施需求從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（MNO）或基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商。

5G預(yù)計(jì)將導(dǎo)致傳統(tǒng)移動(dòng)業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)的變化，并成為各種垂直領(lǐng)域（5GPPP， 2016）中廣泛的新服務(wù)的推動(dòng)者。盡管在OTT服務(wù)取代傳統(tǒng)的MNO服務(wù)的時(shí)代，基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)供應(yīng)的角色已經(jīng)分開了，但5G的功能可以部分彌補(bǔ)，為特定的垂直需求提供量身定制的服務(wù)。更重要的是，傳統(tǒng)利益相關(guān)者在移動(dòng)業(yè)務(wù)中的角色將隨著5G的到來而改變，這將打開傳統(tǒng)上封閉的移動(dòng)價(jià)值鏈。

5G的未來基站隨著高能效以及便捷的要求的提出，終端中電路的尺寸將繼續(xù)減小，整體將向更加小型化發(fā)展，以便于安裝在各種場景，增加覆蓋面。其次，相對于傳統(tǒng)的2G、3G、4G，5G具備更強(qiáng)大的功能，以更少的功率和更小的管芯面積進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，并去除了傳統(tǒng)的匯聚節(jié)點(diǎn)。再者，未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將進(jìn)一步趨向扁平化，未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更多的會(huì)是以功能強(qiáng)大的基站為主體以及一個(gè)大服務(wù)器集群。

5G為本地服務(wù)交付的新進(jìn)入者打開了移動(dòng)業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。5G的規(guī)定需要解決更高頻段的技術(shù)改進(jìn)和操作。針對5G的相關(guān)規(guī)定，開發(fā)商們可以在5G中進(jìn)行頻譜授權(quán)，這種本地微授權(quán)模式可以進(jìn)一步允許新的利益相關(guān)者成為微運(yùn)營商，并通過質(zhì)量保證部署本地5G網(wǎng)絡(luò)。

5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)將帶來可靠的無線連接服務(wù)的多功能需求不同的垂直領(lǐng)域，除了許多其他更通用的通信需求，包括物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)），虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和大數(shù)據(jù)和人工智能將帶，更不要說車鏈。這意味著，支持5G的服務(wù)將有許多和部分沖突的需求，必須滿足新的系統(tǒng)架構(gòu)和部署選項(xiàng)。這需要技術(shù)和商業(yè)模式的創(chuàng)新。

4 結(jié)語

服務(wù)無處不在、大量連接和能效是5G網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)關(guān)鍵要求。5G技術(shù)需要通過幫助提高無線鏈路效率、將頻譜擴(kuò)展到高頻帶和加密小區(qū)來支持大量流量。網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)過渡到云架構(gòu)，云架構(gòu)更平坦，可以協(xié)調(diào)多rat的無線資源和密集網(wǎng)絡(luò)部署產(chǎn)生的小區(qū)間干擾。

未來，無處不在的服務(wù)將是最終用戶的關(guān)鍵需求，5G網(wǎng)絡(luò)將需要支持大量的人對人、人對機(jī)和機(jī)對機(jī)連接。此外，5G需要以節(jié)能的方式支持這些連接。已經(jīng)廣泛討論了各種5G使能技術(shù)。這些技術(shù)旨在提高無線電鏈路效率、擴(kuò)展操作帶寬和增加小區(qū)密度。使用這些技術(shù)，5G系統(tǒng)可以容納大量流量和大量連接，這對提供無處不在的服務(wù)至關(guān)重要。5G技術(shù)的另一個(gè)方面是向智能云的過渡，它協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)訪問并實(shí)現(xiàn)更平坦的體系結(jié)構(gòu)。尤其重要的是，要認(rèn)識到，作為發(fā)展和生產(chǎn)方式的組織、社區(qū)和個(gè)人，5G將用于開展各種活動(dòng)，并獲取通過它們創(chuàng)造的價(jià)值。

總而言之，5G的發(fā)展前景客觀，但仍需要更地多投入人力物力以保證穩(wěn)定安全高效的互聯(lián)網(wǎng)渠道，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)5G時(shí)代更快、更好地發(fā)展。

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