面向5G的移動通信技術及其優(yōu)化探究

王尚偉

（中國電信股份有限公司 甘肅公司無線通信事業(yè)部，甘肅 蘭州 730030）

0 引 言

5G是指第5代移動通信技術，具有傳輸快、效率高、延時低以及擴展性強等優(yōu)勢，能夠提供給人們更加高質量的通信服務，極大便利人們的生產(chǎn)和生活。未來，5G將廣泛應用在直播高清、現(xiàn)實RV虛擬以及移動通信等方面。

1 5G移動通信應用技術的背景與意義

隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能終端等新技術的普及和發(fā)展，移動通信應用技術也迎來了新的發(fā)展機遇，從移動用戶量和業(yè)務總數(shù)看，顯現(xiàn)了高速發(fā)展的態(tài)勢。據(jù)國際相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，到2020年預計全球物聯(lián)網(wǎng)總設備量超過70億，而中國物聯(lián)網(wǎng)總量可達到15億，預計到2030年，中國物聯(lián)網(wǎng)總設備量將達到200億[1]。對于這樣的發(fā)展環(huán)境，5G通信應用技術自然成為新的發(fā)展亮點，發(fā)展前景廣闊，其發(fā)展預期如圖1所示。

未來，大量用戶的辦公與個人數(shù)據(jù)都需要在云端進行存儲，因此網(wǎng)絡需要擁有實時處理海量數(shù)據(jù)的實力，同時具備足夠的調(diào)整高負荷抗冗余容量的能力，為用戶提供良好的通信體驗。此外，即時移動應用通信技術和網(wǎng)絡社交業(yè)務也將在未來的通信領域中占據(jù)重要位置，此類通信業(yè)務的特點是數(shù)據(jù)包較小，交互頻次較大，有較高的信令網(wǎng)絡資源調(diào)度和延時要求。未來人們對通信的實時性和自由性要求越來越高，在地鐵和高鐵等高速移動網(wǎng)絡環(huán)境中如何保障通信性能和質量是5G未來的重要研究內(nèi)容。

圖1 5G通信發(fā)展預期

2 5G移動通信的關鍵技術研究

我國5G移動通信在多個應用技術領域都取得了突破性發(fā)展，如異構超密集網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡接入通信技術以及MIMO大規(guī)模應用等技術領域。5G通信的核心技術是無線網(wǎng)絡接入，就是要通過更加優(yōu)質廣泛的寬帶信號來滿足人們的生產(chǎn)和生活需求。此外，移動無線通信接入應用關鍵技術包括射束多址分割技術、非正交接入多址技術以及在此基礎上建立的多址分頻及多址分碼等應用內(nèi)容，充分運用獲取的頻譜完成無線接入，從而為5G接入提供時間和頻率等資源[2]。

2.1 5G通信異構超密集網(wǎng)絡技術

由于5G通信技術在實踐應用中會遇到強烈的工作負荷，因此要盡可能增加網(wǎng)絡低功率的節(jié)點量，減少單元半徑。異構超密集網(wǎng)絡技術可以有效提高數(shù)據(jù)信息流量，實現(xiàn)密集的網(wǎng)絡部署，有效降低各節(jié)點功率總和，提高網(wǎng)絡頻率效率，還能夠及時準確進行相鄰節(jié)點之間的距離計算，起到較好的網(wǎng)絡優(yōu)化、點距優(yōu)化以及輔助提高業(yè)務功能等作用。該技術的成功應用有利于進行用戶在網(wǎng)信息的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，同時能夠向各部提供所需的數(shù)據(jù)信息，幫助用戶協(xié)調(diào)統(tǒng)一網(wǎng)絡通信服務之間的差異性，以達到幫助用戶降低功率和減少配置間的功能作用。

2.2 5G通信MIMO技術

5G通信技術的實現(xiàn)，需要有效提高現(xiàn)有網(wǎng)絡頻譜的效率，而MIMO大規(guī)模通信技術發(fā)揮了關鍵性作用。所謂移動MIMO通信技術指的是多路輸入多路輸出網(wǎng)絡通信技術，主要是通過改變基站內(nèi)天線將所要進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息加以分割，再通過多條天線傳播，同時在接收端同樣設置多條天線進行接收，由此實現(xiàn)多路輸入多路輸出的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，最終按照預先設計算法加以整理，大大提高信息數(shù)據(jù)的傳輸效率和頻譜效率。MIMO通信移動技術的應用能夠有效增加信道的容量，解決信道不足的網(wǎng)絡難題，同時使系統(tǒng)容量得到增加。此外，在移動網(wǎng)絡通信基站內(nèi)使用移動通信MIMO技術能實現(xiàn)對天線的批量功能控制，并可根據(jù)實際需要增加信道的容量，從而實現(xiàn)將同一通信資源在同一時間給不同的多個用戶使用，有效提高了資源利用率[3]。MIMO通信技術的演進如圖2所示。

圖2 MIMO通信技術的演進

2.3 5G通信大規(guī)模天線技術（Large scale MIMO）

因為低頻段資源的有限性，使得5G部分網(wǎng)絡會在高頻段部置，即毫米波（mm Wave）頻段。5G應用了關鍵性大規(guī)模天線通信應用技術（Large Scale MIMO），也叫3D MIMO技術，在頻率得到有效提高的同時，無線通信信號的路徑傳輸耗損也得到有效降低。出于環(huán)?？紤]對功率進行上限限制，同時受材料和物理作用的影響導致發(fā)射載波功率及天線的靈敏度難以提高，因此只有通過增加接收天線和發(fā)射天線數(shù)量進行多天線的陣列設置加以解決通信過程中存在的問題。移動通信選用天線的尺寸較無線波長相對固定，當頻率升高時天線會隨之變小，這時需要增加通信天線對傳輸?shù)暮膿p進行補償，但不增加天線的陣列尺寸。與傳統(tǒng)的通信MIMO技術相比，3D MIMO通信技術是以信號空間維度為基礎引入了垂直空域維度，同時加以利用，其通信信號以輻射式電磁波的形式傳輸，能夠提供較為豐富的自由空間滿足多址空分，提升無線通信信號的穩(wěn)定可靠性、頻率有效性以及信息吞吐率等指標，同時降低對周邊小區(qū)環(huán)境的干擾[4]。

2.4 5G云計算通信技術

移動終端設備的不斷更新為人們提供了越來越豐富的通信服務，移動通信應用與人們生產(chǎn)和生活的聯(lián)系越來越密切，由此實時高效的信息處理，對滿足人們通信需求尤為重要。云計算的出現(xiàn)讓一切變成可能，它有效推動了5G通信技術的應用和發(fā)展，并為5G通信技術提供了可靠的技術支持。云計算通信技術不需要用戶在設備終端上進行數(shù)據(jù)處理和運算，有效降低了用戶終端設備的配置要求[5]。在對大量的用戶信息進行存儲時，要將信息資源統(tǒng)一存儲在云端，采用分布式的文件處理系統(tǒng)，將大量且復雜的數(shù)據(jù)文件進行快速處理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效處理。

3 關于5G移動網(wǎng)絡通信應用技術與優(yōu)化的分析和研究

3.1 5G通信技術在工業(yè)行業(yè)中的實際應用

如今，我國的工業(yè)水平總體呈現(xiàn)上升趨勢，科技化生產(chǎn)得到不斷發(fā)展，數(shù)字化、智能化以及自動化生產(chǎn)已經(jīng)顯現(xiàn)。移動網(wǎng)絡5G通信應用系統(tǒng)運行整體穩(wěn)定可靠，網(wǎng)絡速率得到較大提高，高速的通信應用環(huán)境保障信號傳輸更加精準可靠。同時5G通信的發(fā)展進一步改變著人們的生產(chǎn)和生活，促進了社會的發(fā)展。在5G通信網(wǎng)絡大發(fā)展的環(huán)境背景下，物聯(lián)網(wǎng)通信效率及質量都得到了大幅提高，有效促進了我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和設施的建設?，F(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)需要大面積無線通信信號覆蓋，特別是精細化程度較高的生產(chǎn)操作對無線網(wǎng)絡信號的要求更高，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領域中計算機的廣泛使用帶動了生產(chǎn)率的有效提升，保障了產(chǎn)品的生產(chǎn)質量[6]。

3.2 5G通信技術在實際醫(yī)療工作中的應用

隨著5G在我國得到廣泛地推廣和應用，其在醫(yī)療領域的成功應用改變了人們對傳統(tǒng)醫(yī)療的認知。5G網(wǎng)絡寬帶應用技術被普遍應用在醫(yī)療化驗、檢測以及康復等各個方面，并取得了令人滿意的效果，如今我國醫(yī)療領域的發(fā)展步入了5G發(fā)展的全新時代。

3.3 5G通信互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療和工業(yè)中的實際應用

我國現(xiàn)代企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)以及管理都離不開網(wǎng)絡與計算機技術。隨著移動網(wǎng)絡5G通信應用的推廣，醫(yī)療機構的工作模式發(fā)生了顯著變化，過去看病需要先到醫(yī)院掛號，如今所有就醫(yī)掛號等事宜都能在網(wǎng)上實現(xiàn)，而且現(xiàn)在醫(yī)療保險結算報銷等流程也可以通過網(wǎng)絡完成，方便了人們的就醫(yī)看病需求。5G通信的發(fā)展將物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)應用推向了新的發(fā)展階段，有力帶動我國各行業(yè)發(fā)展，使得行業(yè)模式得到了顯著優(yōu)化。我國如今的工業(yè)整體環(huán)境面臨著傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化模式轉變的關鍵時期，距離真正實現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)目標還存在差距，但當網(wǎng)絡5G通信時代全面到來時，現(xiàn)代化工業(yè)模式將迎來重大轉變，同時醫(yī)療領域加速發(fā)展，醫(yī)療自動化將逐步實現(xiàn)[7]。

隨著移動通信的廣泛應用，我國的移動通信用戶量快速增長，隨著網(wǎng)絡5G超密集組網(wǎng)對站址資源獲取需求的增加，各通信運營商間的競爭也越發(fā)嚴峻。各運營商需要對其他運營商基站進行測試以獲取準確的基站位置，或是通過共享已存在的其他運營商站址，以確保各運營商網(wǎng)絡覆蓋范圍的科學準確。另外，要分析對比其他各運營商網(wǎng)絡的覆蓋情況，以便更加科學合理地進行網(wǎng)絡規(guī)劃和建設。

4 結 論

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生產(chǎn)和生活對無線通信技術的質量與速度要求逐漸提高，5G通信的出現(xiàn)極大解決了3G和4G技術制約經(jīng)濟發(fā)展的短板。如今，各行業(yè)都已經(jīng)使用或設計使用5G技術，以達到提高行業(yè)水平的發(fā)展目標。5G通信時代的到來將會徹底改變?nèi)藗冊械纳詈头绞?，使人們體驗到5G通信的豐富內(nèi)容和無窮魅力。但由于5G技術還處于發(fā)展的初期階段，配套的技術及5G產(chǎn)業(yè)鏈還不夠完善，因此還需要相關研究企業(yè)和技術人員通力合作，不斷完善5G標準及5G產(chǎn)業(yè)鏈，并對其進一步優(yōu)化創(chuàng)新，最終開創(chuàng)我國移動通信的廣闊發(fā)展空間。