5G 通信的主要特點(diǎn)和所需的主要技術(shù)分析

程寶林

（中鐵武漢電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司，湖北 武漢 430000）

伴隨時(shí)代的發(fā)展變化，我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了3G、4G 到5G 的發(fā)展轉(zhuǎn)變，5G 技術(shù)是全球范圍內(nèi)第五代移動(dòng)通信技術(shù)的研究結(jié)果，也是智能終端大范圍普及的結(jié)果。和以往的通信技術(shù)相比，5G 通信技術(shù)改變了以往單一的通信技術(shù)形式，能夠借助綜合性的技術(shù)來(lái)完成通信，借助先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)完成數(shù)字化語(yǔ)音通信，有效提高了通信速率，也為無(wú)線寬帶時(shí)代的到來(lái)奠定了技術(shù)支持。為此，文章結(jié)合5G 技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)就該通信技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)、應(yīng)用技術(shù)、應(yīng)用未來(lái)展望問(wèn)題進(jìn)行探究。

1 5G 技術(shù)發(fā)展情況概述

移動(dòng)通信技術(shù)從產(chǎn)生、發(fā)展目前經(jīng)歷了四個(gè)階段，1G 技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，是通過(guò)模擬傳輸來(lái)傳遞信號(hào)的，具備速度慢、質(zhì)量差、不安全的特點(diǎn)。2G 技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，這個(gè)時(shí)期技術(shù)引用了更為密集的技術(shù)形式，但是仍然無(wú)法滿足社會(huì)發(fā)展需要。3G 技術(shù)開始引入了智能信號(hào)處理技術(shù)，但是該技術(shù)的中頻譜利用率比較低。4G 技術(shù)圖像傳輸效果理想，具備較高的下載速度。5G 技術(shù)的出現(xiàn)發(fā)展符合移動(dòng)通信技術(shù)和時(shí)代發(fā)展需要適應(yīng)的規(guī)律。

我國(guó)5G 技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)出現(xiàn)在2016年到2018年，在這幾年，5G 技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展經(jīng)歷了技術(shù)試驗(yàn)、技術(shù)方案驗(yàn)證、技術(shù)系統(tǒng)檢驗(yàn)幾個(gè)階段。

從通信技術(shù)本身發(fā)展角度來(lái)看，5G 技術(shù)是未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)的必然發(fā)展方向，也是未來(lái)新移動(dòng)通信設(shè)施的重要組成，和以往的通信技術(shù)相比，5G 技術(shù)能夠提升用戶的用網(wǎng)體驗(yàn)，滿足物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求。從用戶需求來(lái)看，5G 技術(shù)具備更高的速率、更寬的寬帶、更廣泛的覆蓋范圍，人們只需要幾秒鐘就能夠下載一部高清的電影，由此充分滿足了人們對(duì)虛擬視頻的更高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)需求。從行業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，5G 技術(shù)的可靠性、安全性、穩(wěn)定性更強(qiáng)，能夠滿足一些特殊行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，由此也會(huì)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步發(fā)展提供創(chuàng)新支持。

2 5G 技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)

2.1 較高的頻譜利用率

在5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中高頻段的頻譜資源得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)波普高頻段資源得到了廣泛的應(yīng)用。但是從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，受現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)水平的限制，5G 技術(shù)的頻譜資源利用會(huì)受到無(wú)線電波穿透能力的影響。

2.2 速度快，延時(shí)小

5G 通信速度和之前相比得到了大幅度的提升，信號(hào)傳輸速度基本達(dá)到了10Gb/s，在信息傳輸速度提升的情況下信息網(wǎng)絡(luò)的基本容量也在大幅度得到了提升，在5G技術(shù)的支持下多個(gè)用戶能夠在同一個(gè)時(shí)間來(lái)使用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在通信領(lǐng)域有效降低了通信過(guò)程中傳輸延時(shí)發(fā)生的可能。與此同時(shí)，通你信設(shè)備廠商也對(duì)以往的信號(hào)元件進(jìn)行了優(yōu)化處理，減少了數(shù)據(jù)包解鎖所需要消耗的時(shí)間。

2.3 采用毫米波

毫米波的頻段處于紅外波和微波頻段之間，在使用的時(shí)候具備兩個(gè)波形的特點(diǎn)，在通信容量、通信質(zhì)量和通信時(shí)間以及空間限定方面具備以下特點(diǎn)：第一，通信容量大。數(shù)字設(shè)備的普遍使用提升了用戶體驗(yàn)，但是在使用的時(shí)候數(shù)字信號(hào)會(huì)占據(jù)比較大的頻帶寬度。毫米波適合應(yīng)用在清晰度比較高的數(shù)字信息傳輸中，在具體傳輸中能夠滿足多個(gè)數(shù)字信號(hào)的傳輸需求。第二，較強(qiáng)的抗干擾能力。毫米波的頻率比較高，使用干擾源比較小，毫米波的信道處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。第三，全天候通信。毫米波具備較強(qiáng)的穿透力，能夠穿透空氣中的灰塵、雨水，使用時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的要求低，且在使用的時(shí)候能夠確保通信端口的安全。

2.4 能夠支持多個(gè)設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)同頻全雙工

5G 通信技術(shù)采用了多輸入多輸出的技術(shù)形式，通過(guò)引入一個(gè)大型的天線陣列能夠?qū)崿F(xiàn)幾百個(gè)天線在同一個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)來(lái)接收信號(hào)。5G 基礎(chǔ)站建設(shè)完成之后還能夠支持相同頻率的全雙工通信，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)能夠在同一個(gè)頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息的接收和傳輸，在信號(hào)傳遞的時(shí)候不僅減少了時(shí)間的延遲，而且也提升了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

3 5G 通信的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

在未來(lái)，5G 通信技術(shù)將會(huì)朝著多元化、綜合化、智能化的方向發(fā)展，在各個(gè)移動(dòng)終端的普及應(yīng)用下，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量也會(huì)呈現(xiàn)出爆炸增長(zhǎng)的發(fā)展局面。為了能夠促進(jìn)通信信息的傳播需要減少小區(qū)半徑，增加低功率通信節(jié)點(diǎn)的布置數(shù)量。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展則是能夠充分滿足5G 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展需要。在超密集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)打造的過(guò)程中密集地的部署會(huì)使得小區(qū)邊界數(shù)量增加，加上布置的環(huán)形形狀，整個(gè)信號(hào)在傳遞的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)頻繁的切換局面。而為了確保信號(hào)的順利切換，超密集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的打造要使用到以下幾個(gè)技術(shù)：第一，垂直切換預(yù)判算法。在垂直切換預(yù)算算法的作用下能夠滿足通信系統(tǒng)的移動(dòng)需求。第二，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù)?？紤]到用戶節(jié)點(diǎn)開關(guān)的隨機(jī)性和突發(fā)性，借助網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù)形式能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)信息干擾的大范圍動(dòng)態(tài)變化。

3.2 自組織網(wǎng)絡(luò)

在5G 技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將會(huì)面臨網(wǎng)絡(luò)部署、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的挑戰(zhàn)，而出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的原因是網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)存在各個(gè)形式的無(wú)線接入技術(shù)形式，且各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的覆蓋能力不同，彼此關(guān)系復(fù)雜。自組織網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和使用則是能夠理清5G 技術(shù)應(yīng)用時(shí)的各個(gè)繁雜關(guān)系。第二，SON 思路的落實(shí)。在復(fù)雜的5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中借助大量關(guān)鍵性能指標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)能夠降低各個(gè)因素對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的不利影響，從而提升系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能。第三， 內(nèi)容分布網(wǎng)絡(luò)。在5G 網(wǎng)絡(luò)背景下，數(shù)據(jù)信息的傳輸將會(huì)面向更多元的用戶，與之相關(guān)的音頻、視頻和圖像數(shù)量也會(huì)不斷增加，網(wǎng)絡(luò)流量的增加會(huì)影響用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。在此背景下如何分發(fā)大流量業(yè)務(wù)，減少客戶延時(shí)獲取信息的不便成為網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域?qū)＜倚枰伎己徒鉀Q的問(wèn)題。內(nèi)容發(fā)布網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)發(fā)展則是能夠?yàn)橛脩艉头?wù)器之間距離關(guān)系問(wèn)題的解決提供支持。

3.3 D2D 通信

設(shè)備到設(shè)備通信（D2D 通信）具備提升通信系統(tǒng)性能、強(qiáng)化用戶體驗(yàn)、減輕基站壓力、提升頻譜利用率的使用效果，也是未來(lái)5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)形式。第一，D2D 發(fā)現(xiàn)技術(shù)。D2D 發(fā)現(xiàn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周圍D2D 終端系統(tǒng)運(yùn)作的檢測(cè)分析。第二，D2D 同步技技術(shù)。在這個(gè)技術(shù)的使用下能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)運(yùn)作的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)督控制。第三，無(wú)線資源管理。D2D 中的廣播、網(wǎng)狀組網(wǎng)、多跳傳輸系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信息的處理，根據(jù)需要調(diào)度無(wú)線通信資源。第四，通信模式的切換。根據(jù)通信需要完成各個(gè)通信模式之間的隨意切換。

3.4 SDN/NFV

伴隨網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，三網(wǎng)融合時(shí)代到來(lái)，由此也為通信系統(tǒng)的運(yùn)作發(fā)展提出了更高的要求。在5G 技術(shù)的發(fā)展支持下網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)形式，這類技術(shù)形式能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分離化處理，從而能夠突破以往網(wǎng)絡(luò)的使用困境。SDN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層， 分別是轉(zhuǎn)發(fā)層、控制層和應(yīng)用層。轉(zhuǎn)發(fā)層的數(shù)據(jù)信息處理涉及大量的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠根據(jù)經(jīng)人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的需求來(lái)控制和處理下放的數(shù)據(jù)信息?？刂茖又饕?fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)資源的編排、控制。應(yīng)用層通過(guò)開放性的API 對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)度使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)前時(shí)代背景下移動(dòng)通信技術(shù) 的一個(gè)發(fā)展必然，和其他通信技術(shù)相比，5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)超過(guò)了以往的通信技術(shù)，且是未來(lái)通信技術(shù)的主流。文章在闡述5G 技術(shù)發(fā)展背景的基礎(chǔ)上，分析了5G 技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)和未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)，旨在能夠?yàn)?G 移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提供更為廣泛的支持，促進(jìn)我國(guó)通信領(lǐng)域的發(fā)展。