無線通信技術(shù)熱點(diǎn)及趨勢(shì)展望

楊萍基

（廣西區(qū)工信委北海市無線電管理處 廣西北海 536000）

無線通信技術(shù)熱點(diǎn)及趨勢(shì)展望

楊萍基

（廣西區(qū)工信委北海市無線電管理處 廣西北海 536000）

全球無線通信自20世紀(jì)80年代初商用以來已經(jīng)經(jīng)歷了4代的發(fā)展，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)在人類的生活中已經(jīng)變得必不可少，對(duì)我們的經(jīng)濟(jì)、政治和文化產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本文介紹了正在商用的主流無線通信技術(shù)，著重介紹了4GLTE的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)5G通信技術(shù)進(jìn)行了介紹和展望。

4G移動(dòng)通信技術(shù)；5G移動(dòng)通信技術(shù)；趨勢(shì)

無線通信自20世紀(jì)80年代初開始商用以來，經(jīng)歷的第一代模擬移動(dòng)通信、第二代數(shù)字移動(dòng)通信、第三代數(shù)字多媒體移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)全面進(jìn)入了第4代寬帶數(shù)據(jù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)時(shí)代。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)在人類的生活中已經(jīng)變得必不可少，成為了社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)、生活的組成部分。截止2015年4月9日，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)達(dá)到393張，覆蓋了128個(gè)國(guó)家，4G LTE用戶達(dá)到5億，全球移動(dòng)通信普及率達(dá)到96.8%。這些數(shù)據(jù)清晰表明，移動(dòng)通信成為用戶量最大、使用最廣泛的通信手段，龐大的用戶需求使得移動(dòng)通信熱點(diǎn)前沿技術(shù)層出不窮，顯示出百家齊放的生命力。

1 主流無線通信技術(shù)熱點(diǎn)

1.1 4G

4G移動(dòng)通信技術(shù)是未來5年內(nèi)無線電通信技術(shù)的主流，他的主要特點(diǎn)是：帶寬達(dá)到100MHz，網(wǎng)絡(luò)速率理論可以達(dá)到1Gbps，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms，相比3G具有高速和高抗干擾能力、更好的兼容性。4G已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通信、定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，極大地提升了信息傳輸?shù)乃俣群蛿?shù)據(jù)傳輸效率。

1.2 5G

5G是面向2020年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，ITU給5G定義了三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景：①移動(dòng)寬帶；②大規(guī)模機(jī)器（M2M）通信；③高可靠低延時(shí)通信。根據(jù)移動(dòng)通信每10年經(jīng)歷一次標(biāo)志性的技術(shù)革新規(guī)律及ITU在2015年給出的5G（IMT2020）標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間表可以看出5G將提供光纖般的移動(dòng)互聯(lián)體驗(yàn)，靜止或低速下峰值速率達(dá)到20Gbps，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延從4G的50ms降至1ms，海量傳感設(shè)備、機(jī)器連接（1000億量級(jí)的連接），低功耗（基站、終端更節(jié)能），其無線覆蓋、系統(tǒng)安全和用戶體驗(yàn)也將有質(zhì)的提高，可以說5G將把人類社會(huì)帶入萬物互聯(lián)（IOE：Internet of Everything）時(shí)代。

1.3 Wifi

Wi-Fi全稱為wireless fidelity，在無線局域網(wǎng)的范疇是指“無線相容性認(rèn)證”是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如pad、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。主要采用了MIMO和OFDM技術(shù)。目前使用最多的是802.11n標(biāo)準(zhǔn)，在2.4GHz頻段理論數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到600Mbps，覆蓋范圍在100～300m。

1.4 Wimax

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access），即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX也叫802.16無線城域網(wǎng)。WiMAX是一項(xiàng)寬帶無線接入技術(shù)，可以提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。WiMAX采用的技術(shù)起點(diǎn)較高，包含了OFDM/OFDMA、MIMO等先進(jìn)技術(shù)。但是因?yàn)槠浯嬖跓o法滿足大于50km/H速度下的無線連接等缺點(diǎn)，目前已經(jīng)逐步被4G LTE取代。

2 4G的關(guān)鍵技術(shù)及面臨的挑戰(zhàn)

2.1 4G的關(guān)鍵技術(shù)

（1）OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)是將信道分成若干正交子信道，將高數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。具有頻譜利用率高、抗衰落能力強(qiáng)、抗碼間干擾能力強(qiáng)的的優(yōu)點(diǎn)。

（2）SDR（軟件無線電技術(shù)）軟件無線電利用現(xiàn)代化軟件來操縱、控制傳統(tǒng)的“純硬件電路”的無線通信技術(shù)。他的重要價(jià)值在于：傳統(tǒng)的硬件無線電通信設(shè)備只是作為無線通信的基本平臺(tái)，而許多的通信功能則是由軟件來實(shí)現(xiàn)，打破了有史以來設(shè)備的通信功能的實(shí)現(xiàn)僅僅依賴于硬件發(fā)展的格局。

（3）IPV6技術(shù)

IPV6是IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）設(shè)計(jì)用于替代IPV4的新一代IP協(xié)議。IPV6具有龐大的網(wǎng)絡(luò)地址空間（約為2的128次方-1個(gè)），其相對(duì)IPV4有以下優(yōu)點(diǎn)：更小的路由表、增強(qiáng)的組播、支持自動(dòng)配置、具有更高的安全性。

（4）MIMO/SA（多輸入多輸出/智能天線）技術(shù)

MIMO技術(shù)通過多天線提供不同的傳輸能力，提供空間復(fù)用的增益，這兩種技術(shù)在LTE以及后續(xù)演進(jìn)系統(tǒng)中是非常重要的技術(shù)。MIMO系統(tǒng)在基站和移動(dòng)端均采用多天線（或陣列天線），充分利用了空間傳播的多徑分量，在同一頻帶內(nèi)使用多個(gè)子信道發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)，使信道容量隨天線數(shù)量而增加，從而快速實(shí)現(xiàn)了更大的信道容量和更高的頻譜利用率。SA（智能天線）利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性，通過調(diào)整各天線陣元上發(fā)送信號(hào)的權(quán)值，產(chǎn)生定向波束，將信號(hào)導(dǎo)向客戶端方向，使天線的主波束自適應(yīng)地跟蹤用戶主信號(hào)到達(dá)方向，旁瓣則對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)方向，達(dá)到高效利用用戶端信號(hào)并抑制干擾信號(hào)的目的。

2.2 4G面臨的挑戰(zhàn)

4G推動(dòng)了智能手機(jī)電子產(chǎn)品的繁榮發(fā)展，經(jīng)過大規(guī)模的應(yīng)用，也面臨了來之技術(shù)、運(yùn)營(yíng)商和用戶的挑戰(zhàn)。

①技術(shù)層面各種新移動(dòng)業(yè)務(wù)層出不窮，云服務(wù)、云操作、物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備遠(yuǎn)程控制、高清視頻、網(wǎng)絡(luò)交互游戲等對(duì)網(wǎng)絡(luò)速率的要求越來越高，4G網(wǎng)絡(luò)50ms的延時(shí)已經(jīng)顯得力不從心。②OTT業(yè)務(wù)的繁榮對(duì)運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)收入造成的重大影響，同時(shí)OTT因其工作原理，還產(chǎn)生了大量的網(wǎng)絡(luò)信令，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)時(shí)常癱瘓。③用戶層面隨著智能終端、云計(jì)算、M2M終端、物聯(lián)網(wǎng)的不斷創(chuàng)新，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的速率、時(shí)延及接入能力的要求也越來越高。以上這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都對(duì)4G的高速、可靠、低延遲、安全性等業(yè)務(wù)支撐能力提出了新的挑戰(zhàn)。

3 5G通信技術(shù)及前景展望

3.1 5G技術(shù)前瞻

3.1.1 SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）

在互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)瞬息萬變的業(yè)務(wù)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)的高穩(wěn)定與高性能的重要性已經(jīng)不是排在了第一位，靈活性和敏捷性反而更為關(guān)鍵。2007年斯坦福大學(xué)提出了SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）概念，其原理是將路由器、交換機(jī)的控制功能從設(shè)備中獨(dú)立出來，無須依賴底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器、交換機(jī)），從而在根本上屏蔽了來自網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的差異，集中由控制器來進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制、硬件轉(zhuǎn)發(fā)分離。而控制權(quán)是完全開放的，用戶可以自定義任何想實(shí)現(xiàn)的路由和傳輸策略，從而更加靈活。

3.1.2 NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）

NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）其核心的管理和編排功能層基于實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了資源的充分共享和網(wǎng)絡(luò)功能的按需編排，進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的可編程性和擴(kuò)展性。使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享和新業(yè)務(wù)快速開發(fā)、部署，并基于實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署和故障隔離等。NFV的最終目標(biāo)是，通過基于行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換設(shè)備，來取代通信的專業(yè)設(shè)備。由此帶來的好處是設(shè)備成本更加低廉，另一方面開放的API接口，也能幫助運(yùn)營(yíng)商獲得更多的網(wǎng)絡(luò)能力。

3.1.3 Massive MIMO

Massive MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，通過空間復(fù)用技術(shù)，從而提升通信系統(tǒng)的頻譜效率。它能充分利用空間資源，通過多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，成倍的提高系統(tǒng)信道容量，他被視為5G移動(dòng)通信的核心技術(shù)。

3.2 5G前景展望

雖然目前5G在頻譜、技術(shù)業(yè)務(wù)融合、能耗標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化方面還面臨巨大挑戰(zhàn)，但在全球的努力推動(dòng)下，5G系統(tǒng)的基本特征已經(jīng)初步形成，中國(guó)、歐洲、美國(guó)、日本和韓國(guó)都已將5G上升為國(guó)家戰(zhàn)略，并成立了相應(yīng)的科研機(jī)構(gòu)和發(fā)布了各自的5G愿景、需求白皮書，并且一些已經(jīng)主要觀點(diǎn)已經(jīng)達(dá)成高度共識(shí)。

5G將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)通信業(yè)的巨大變革，很快就會(huì)滲透到我們社會(huì)生活的方方面面，同時(shí)還會(huì)對(duì)我們的經(jīng)濟(jì)、政治和文化產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

4 結(jié)束語

按照ITU 5G愿景和標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間表及移動(dòng)通信發(fā)展的規(guī)律，2020年后將是5G的時(shí)代，5G是移動(dòng)通信一次革命性創(chuàng)新，5G將以可持續(xù)發(fā)展的方式，滿足未來超千倍的移動(dòng)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)需求，將為用戶提供光纖般的接入速率，低時(shí)延的使用體驗(yàn)，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動(dòng)性等多場(chǎng)景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，并為網(wǎng)絡(luò)帶來百倍的能效提升。本文綜述了目前主流無線通信模式的關(guān)鍵技術(shù)及5G發(fā)展背景，并對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景、需求及關(guān)鍵技術(shù)等做了具體分析。

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1004-7344（2016）13-0273-02

2016-4-18