5G移動通信發(fā)展趨勢及若干關(guān)鍵技術(shù)探討

劉霄 林海

【摘要】通信是指一種雙向行為，收發(fā)信息的雙方通過約定好的傳輸方式完成數(shù)據(jù)的交換，實現(xiàn)溝通目的。從人類誕生開始，通信就從未中斷過，而隨著經(jīng)濟進步和科技發(fā)展，通信方式已經(jīng)從文字、印刷、信號塔、無線電話發(fā)展到移動互聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)階段又走入了5G移動通信新時代。本文將從5G通信技術(shù)的優(yōu)勢、現(xiàn)有技術(shù)問題，以5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)等方面入手分析和探討5G移動通信在生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈、智慧終端普及、構(gòu)建萬物互聯(lián)模式等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，為5G移動技術(shù)在國內(nèi)的快速穩(wěn)健發(fā)展提供一定的參考意見。

【關(guān)鍵詞】5G;移動通信;發(fā)展趨勢;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：G212? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.10.091

1. 引言

我國移動通信技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了從2G、3G、4G直至5G的快速發(fā)展和突破，在日常生產(chǎn)生活的各領(lǐng)域，都起著重要的作用。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國截止2020年3月5G基站建設(shè)數(shù)量已達19.8萬個，同年5月我國5G基站建設(shè)數(shù)量達25.8萬個，2020年更是成為5G規(guī)模建設(shè)的開啟之年，中國聯(lián)通、中國電信、中國移動三大網(wǎng)絡(luò)運營商在5G建設(shè)方面的資金投入增速在5%-15%之間，足可見5G通信技術(shù)的重要意義和發(fā)展前景，而想要了解5G技術(shù)的發(fā)展趨勢，首先需要明確5G通信技術(shù)相較于4G通信技術(shù)的優(yōu)勢，即它獲得發(fā)展的必然性。

2. 5G通信技術(shù)的優(yōu)勢

5G通信技術(shù)是對4G通信技術(shù)的繼承和發(fā)展，通過更高的傳輸速率、更高的資源利用率，為客戶構(gòu)建更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，帶來更良好的使用體驗：

2.1. 先進的設(shè)計理念

通信技術(shù)和通信業(yè)務(wù)作為深入社會發(fā)展方方面面的技術(shù)之一，可以為構(gòu)建更高效率的生產(chǎn)生活環(huán)境作出貢獻，而5G移動通信技術(shù)的設(shè)計理念是在完成基礎(chǔ)的通信服務(wù)之上，通過高信息傳播速度實現(xiàn)信息的快速準(zhǔn)確交換，雙方在無線網(wǎng)絡(luò)條件和背景之下的交流和溝通突破了時間和空間的限制，為業(yè)務(wù)內(nèi)容的拓展、業(yè)務(wù)開展形式的豐富提供了更先進的技術(shù)支撐，可以帶來更廣泛深刻的產(chǎn)業(yè)變革和優(yōu)化。

2.2. 更低的資費價格

在研究、發(fā)展、應(yīng)用、拓寬新技術(shù)過程中所產(chǎn)生的高額人力、資金、資源投入成本，最終都會以資費形式由處在使用終端的用戶付出，變相增加了客戶的使用成本，弱化了使用優(yōu)良感，而5G通信技術(shù)相對于4G通信技術(shù)，可以通過技術(shù)的優(yōu)化和擴展提高資源的利用效率，實現(xiàn)按需求、按計劃配置資源內(nèi)容，減少網(wǎng)絡(luò)運營商的前期投入和后期運行維護成本，從而帶動使用成本的降低，加速降費提速的改革進程。

2.3. 更高的高頻譜利用率

在現(xiàn)有4G通信技術(shù)的使用范圍內(nèi)，對于高頻段的頻譜利用率較低，無法實現(xiàn)其信號強穿透力與無線寬帶技術(shù)的有效融合，發(fā)揮高頻譜的信號優(yōu)勢，而5G通信技術(shù)則可以轉(zhuǎn)變現(xiàn)有核心技術(shù)手段和方式，實現(xiàn)對高頻譜與光載無線組網(wǎng)的有機融合和合理利用，提高高頻譜的利用效率，避免資源浪費，提升信號傳輸質(zhì)量。

3. 5G通信技術(shù)的現(xiàn)有問題

5G通信技術(shù)雖然具有廣闊的發(fā)展前景，但相對應(yīng)其發(fā)展規(guī)模和需求，現(xiàn)有發(fā)展?fàn)顟B(tài)和技術(shù)水平仍存在一部分待提高問題：

3.1. 技術(shù)與系統(tǒng)融合

5G通信技術(shù)是對無線通信業(yè)務(wù)和無線通信技術(shù)的融合，可以實現(xiàn)未來發(fā)展環(huán)境中多樣技術(shù)手段和多種業(yè)務(wù)開展形式的正向帶動，并通過信號的全方位覆蓋保證業(yè)務(wù)開展的兼容性和優(yōu)勢性，但現(xiàn)有技術(shù)研發(fā)水平暫無法實現(xiàn)技術(shù)與系統(tǒng)矛盾沖突點的有效化、針對化解決，對于相關(guān)業(yè)務(wù)的拓展存在一定的制約問題。

3.2. 容量和頻譜效率

未來經(jīng)濟的高速發(fā)展模式勢必帶來對通信技術(shù)手段高水平高規(guī)格的要求，希望可以通過優(yōu)化頻率空間的使用效率實現(xiàn)個人使用感的提升和服務(wù)業(yè)務(wù)的多點開花，但現(xiàn)有5G通信技術(shù)水平一方面無法突破覆蓋層次、站點密度等技術(shù)難題，另一方面無法轉(zhuǎn)變在技術(shù)研發(fā)實驗過程中產(chǎn)生的高投入對于運行成本的影響，而這種影響也終將導(dǎo)致5G套餐資費的提高，影響技術(shù)的發(fā)展速度、規(guī)模和用戶的使用感。

3.3. 終端設(shè)備

移動終端是完成5G通信技術(shù)和5G通信服務(wù)的關(guān)鍵，可以實現(xiàn)對技術(shù)的實際轉(zhuǎn)化，但現(xiàn)有5G技術(shù)對于移動終端設(shè)備的電池、芯片等工藝有嚴格要求，限制了基于目前用戶持有移動設(shè)備體驗5G服務(wù)的規(guī)模，所以在5G技術(shù)的開發(fā)和探討中也要考量先進技術(shù)對于硬件設(shè)備功能的豐富性和最終的穩(wěn)定運行情況，避免技術(shù)無法被最終轉(zhuǎn)化為實用條件。

3.4. 產(chǎn)業(yè)生態(tài)

5G高新技術(shù)所帶來的在相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面的變革，凸顯了其經(jīng)濟效益，也必然會對通信產(chǎn)業(yè)帶來震蕩，而現(xiàn)有的5G移動通信產(chǎn)業(yè)缺乏正確引導(dǎo)和規(guī)劃，不具備生態(tài)性、結(jié)構(gòu)性和科學(xué)性，需要在研發(fā)技術(shù)的同時優(yōu)化產(chǎn)業(yè)層次，拓寬產(chǎn)業(yè)格局，避免一家或幾家通信企業(yè)獨大的局面，影響和制約了通信產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的健康、良性發(fā)展。

4. 5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)

想要探討5G移動通信的未來發(fā)展趨勢，首先需要了解5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)具體問題具體分析：

4.1. 無線傳輸技術(shù)

4.1.1. 大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)

簡單來講，5G移動通信技術(shù)是通過更高標(biāo)準(zhǔn)的連接密度、峰值速率實現(xiàn)對現(xiàn)有4G技術(shù)的提升，其研究和發(fā)展也使頻譜效率這一概念走入人們的視野。其基本概念是通過實現(xiàn)信號更高效率的傳送和接收，提高傳輸信號的使用效率，在相對應(yīng)基站的幫助之下實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，其核心屬于無線傳輸技術(shù)。通過對若干獨立的子信號進行傳送，實現(xiàn)基本的傳輸任務(wù)，減少信號干擾，提高空間分辨和頻譜使用效率，實現(xiàn)能耗的降低和容量的提升，優(yōu)化客戶使用體驗。

4.1.2. 基于濾波器組的多載波技術(shù)

濾波器組多載波技術(shù)的應(yīng)用可以通過對單獨子載波的相應(yīng)控制，減少其所能受到的干擾，并實現(xiàn)對單獨子載波的數(shù)據(jù)處理，從而提升數(shù)據(jù)處理效率，并減少因單個基站或設(shè)備發(fā)生故障而影響數(shù)據(jù)整體傳輸?shù)膯栴}，提升5G技術(shù)的運行性能和傳送信號的可靠程度，為各應(yīng)用商業(yè)務(wù)的正常開展提供技術(shù)性保障和支持。

4.1.3. 同時同頻雙工技術(shù)

同時同頻雙工技術(shù)可以有效避免傳輸信號的干擾問題、網(wǎng)絡(luò)資源浪費問題，并有效提升頻譜的靈活使用度，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，在理論層面可以達到傳統(tǒng)信號傳輸速率的兩倍及以上，為優(yōu)化處理數(shù)字信號提供更多的條件，也是未來5G技術(shù)發(fā)展和研究的重點領(lǐng)域。

4.2. 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

4.2.1. 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是對傳統(tǒng)4G通信技術(shù)的變革，可以轉(zhuǎn)變現(xiàn)階段和模式下架設(shè)網(wǎng)絡(luò)、后期運營維護由人工進行的現(xiàn)狀，減少企業(yè)在運營維護和人力資源投入中的成本，通過自配置、自愈和、自優(yōu)化等能力的運用，實現(xiàn)自我組織、自我完善，提升企業(yè)經(jīng)濟效益。

4.2.2. 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以通過站點之間距離的縮短，實現(xiàn)低功率節(jié)點的有效部署，提升節(jié)點密度，擴展用戶的使用范圍和空間，優(yōu)化現(xiàn)有服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)領(lǐng)域，節(jié)約使用資源，優(yōu)化使用程序。

5. 5G移動通信的發(fā)展趨勢

5G信息技術(shù)的發(fā)展和凸顯，使得其核心技術(shù)成為了定義新移動通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，既保留了原有移動通信技術(shù)的優(yōu)勢，又實現(xiàn)了在此基礎(chǔ)之上的創(chuàng)新、融合和發(fā)展，使得通信技術(shù)更加智能化、高效化、科學(xué)化，既減少了資源配置中的浪費問題，又擴展了移動通信信號的覆蓋范圍，可以實現(xiàn)移動網(wǎng)絡(luò)對于社會經(jīng)濟發(fā)展的持續(xù)性帶動作用：

5.1. 滿足高清視頻要求

與4G通信技術(shù)相較而言，5G技術(shù)有更高的信號吞吐效率、處理效率和傳輸速度，可以提升高清視頻信號的傳播范圍，使得高清視頻播放流暢、清晰，優(yōu)化服務(wù)質(zhì)量，滿足客戶的服務(wù)需求。

5.2. 滿足虛擬現(xiàn)實要求

對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的探索一直在持續(xù)進行當(dāng)中，希望可以通過對于視覺、聽覺技術(shù)的研發(fā)，融合通信技術(shù)手段，實現(xiàn)用戶3D感受的提高，完成感官體驗的升級，增強情感共融，更可以通過對虛擬技術(shù)的完善，幫助其在醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用和對不同領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展。

5.3. 滿足物聯(lián)網(wǎng)要求

物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是在科技發(fā)展中的必然趨勢，其概念是通過信息通信技術(shù)實現(xiàn)萬物互聯(lián)，在現(xiàn)有部分領(lǐng)域已基本實現(xiàn)其雛形，但還未得到更廣泛的普及，而應(yīng)用5G移動技術(shù)可以通過頻率拓寬和資源利用效率的提高，提升物聯(lián)網(wǎng)平臺的流暢性和穩(wěn)定性，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中定位、追蹤、管理等方式，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的科學(xué)、高效和優(yōu)質(zhì)。

5.4. 滿足智慧城市的發(fā)展需求

智慧城市概念的提出是以移動通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)發(fā)展為背景，推動城市建設(shè)的優(yōu)化，在云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共同帶動之下，實現(xiàn)人們生產(chǎn)生活水平和體驗的提升、管理的高效、問題處理的迅速，而5G通信技術(shù)的快速發(fā)展則可以推動智慧城市的建設(shè)。

5.5. 滿足社會的進步需求

5G通信技術(shù)的快速高效發(fā)展，使其服務(wù)于社會發(fā)展各領(lǐng)域的理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實能動性，在軍工、民用、航天等多領(lǐng)域通過信號的快速準(zhǔn)確傳輸，優(yōu)化現(xiàn)有服務(wù)結(jié)構(gòu)和模式，帶動相關(guān)領(lǐng)域的有效進步，實現(xiàn)新時代發(fā)展背景之下社會的高速、穩(wěn)定運行。

6. 結(jié)語

5G移動通信技術(shù)為未來生活的智能化、簡便化、優(yōu)質(zhì)化提供了多種可能，可以通過技術(shù)的進步實現(xiàn)對人類社會文明的帶動作用，雖然在現(xiàn)有研究過程中難免存在技術(shù)層次的問題，但隨著相關(guān)技術(shù)人員的不斷研發(fā)和難點的突破，在不遠的將來5G移動通信技術(shù)一定會為我國各領(lǐng)域的快速發(fā)展提供其堅實的助力作用。

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