5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)分析

李波 陳宏亮 魏明 78156部隊(duì)78167部隊(duì)

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于4G通信系統(tǒng)研發(fā)而成的一種新型通信系統(tǒng)，同4G移動(dòng)通信相比，其無(wú)線信號(hào)的傳輸和覆蓋效率更快、更廣，在保證數(shù)據(jù)傳輸安全基礎(chǔ)上，提升了用戶體驗(yàn)效果。同時(shí)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，自動(dòng)化調(diào)整能力高，適應(yīng)性高，確保了數(shù)據(jù)信息的傳輸效率，為各領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)的顯著優(yōu)勢(shì)。

1. 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)所具有的主要特征

1）通過(guò)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究，加強(qiáng)了國(guó)家對(duì)于技術(shù)改革的重視力度，為改革內(nèi)容的推進(jìn)做出的貢獻(xiàn)。同時(shí)通過(guò)對(duì)用戶信息反饋的收集、網(wǎng)絡(luò)速率的檢測(cè)更好的提升了通信系統(tǒng)的功能性，提升了移動(dòng)通信系統(tǒng)的使用效率。

2）加強(qiáng)了移動(dòng)通信系統(tǒng)體系的構(gòu)建，打破了傳統(tǒng)通信技術(shù)的限制，更好的提升了移動(dòng)通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)大多是以點(diǎn)到點(diǎn)的物理傳輸以及信息破譯等技術(shù)內(nèi)容的研發(fā)為主的，而5G移動(dòng)通信系統(tǒng)在進(jìn)行上述技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，加強(qiáng)了對(duì)多點(diǎn)、多用戶等組網(wǎng)的研究效率，提高了通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，為用戶帶來(lái)更多暢快的體驗(yàn)。

3）提升了室內(nèi)通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)在信號(hào)覆蓋范圍上并未進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，這使得室內(nèi)通信質(zhì)量較差，但是隨著5G移動(dòng)通信的研究和應(yīng)用，將室內(nèi)通信技術(shù)的發(fā)展作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，更好的提升了通信系統(tǒng)的性能，保證了通信效果。

4）在5G移動(dòng)通信技術(shù)中應(yīng)用了較多的高頻段頻譜資源，雖然增加了通信系統(tǒng)的性能，但是由于高頻段的穿透力較差，信號(hào)接受上還存在一定的限制，為此，在后續(xù)研究中，將會(huì)把提升穿透力效果作為重要研究對(duì)象。

5）5 G移動(dòng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，一方面降低運(yùn)營(yíng)商的投資成本，保證了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)φ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)流量的使用情況進(jìn)行及時(shí)掌控，提升資源劃分的合理性和協(xié)調(diào)性，大大提升了用戶體驗(yàn)效果。

現(xiàn)階段，5G移動(dòng)通信已經(jīng)成為各國(guó)家研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力發(fā)展，5G移動(dòng)通信也會(huì)向著完善性、多樣化的方向發(fā)展，提高信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和安全，進(jìn)而為用戶提供更多優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗(yàn)。結(jié)合目前5G移動(dòng)通信的發(fā)展和運(yùn)行情況可以推斷出，其將會(huì)在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)線傳輸技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)和拓展，并通過(guò)智能化系統(tǒng)的引進(jìn)，不斷提高5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能性，加速信息數(shù)據(jù)的處理效率。

2. 5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1)多載波技術(shù)

5G移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳度快，其最大帶寬可達(dá)1GHz。當(dāng)前的移動(dòng)通信中廣泛使用的OFDM優(yōu)勢(shì)也十分明顯，其頻譜效率較高，抗多徑衰落的能力較強(qiáng)，但是其在應(yīng)用大范圍寬帶空白頻譜方面存在著明顯的不足。多載波技術(shù)中設(shè)置了濾波器，因此有效解決了這一問(wèn)題、在多載波技術(shù)當(dāng)中，發(fā)射端主要利用合成濾波器組對(duì)多載波產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。接收端主要利用分析濾波器來(lái)控制多載波。該技術(shù)的子載波可獨(dú)立處理，從而解決了以往子載波同步的問(wèn)題，子載波不需要插入前綴，不需要固定的正交，因此有效減少了載波之間的互相干擾，因此5G移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行多載波方案實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行中，多載波技術(shù)發(fā)揮了不可忽視的作用。

2）大規(guī)模MIMO技術(shù)

無(wú)線通信系統(tǒng)研發(fā)中，采用多天線技術(shù)能夠保證系統(tǒng)頻譜傳輸?shù)乃俣?，從而增?qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。該技術(shù)可借助發(fā)射接收天線加大信道容量，所以若要增加系統(tǒng)容量，只需增加天線的數(shù)量。在基站中利用該技術(shù)可設(shè)置大量的天線。其可在相同的時(shí)頻資源當(dāng)中為多個(gè)用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。該技術(shù)還可有效提高空間分辨率，此外還可十分顯著地控制其他因素的干擾。

3）全雙工技術(shù)

全雙工技術(shù)能夠在同時(shí)和同頻的條件下開(kāi)展雙向通信。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，發(fā)射信號(hào)對(duì)接收信號(hào)會(huì)產(chǎn)生不同程度的干擾。現(xiàn)階段主流的技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻的雙向通信。而采用該技術(shù)一方面可減少無(wú)線資源的無(wú)謂消耗，提高頻譜應(yīng)用的靈活性，從而也提高了5G移動(dòng)通信的運(yùn)行效益。

2.2 無(wú)線傳輸技術(shù)

1）自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展的重要體現(xiàn)，該技術(shù)的應(yīng)用大大提高了網(wǎng)絡(luò)自愈合、自配置和自組織能力。系統(tǒng)可自行排除故障并根據(jù)故障給出有效的優(yōu)化方案，減少了系統(tǒng)運(yùn)維過(guò)程中的人員需求。這一技術(shù)提高了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的質(zhì)量和效率，減少了人力資源的成本投入。在通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，自組織技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)不可替代的技術(shù)。此外，高層次的智能化也是5G移動(dòng)通信系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，在5G系統(tǒng)建設(shè)中，自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也扮演著重要的角色。

2）超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線傳輸技術(shù)是5G系統(tǒng)當(dāng)中的一項(xiàng)重要的技術(shù)，因此系統(tǒng)的無(wú)線接入方式具有多樣性，該技術(shù)網(wǎng)絡(luò)密度較高，因此網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和終端的距離較小，保證了功率以及頻譜的效率，此外還可起到擴(kuò)展系統(tǒng)容量，提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的目的。雖然該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為5G技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，但是節(jié)點(diǎn)的間距有所減小也使系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了新的問(wèn)題，因此應(yīng)結(jié)合實(shí)際問(wèn)題采取有效的改進(jìn)措施。有線回傳能夠起到節(jié)約資源的作用，同時(shí)還可簡(jiǎn)化程序，從而推動(dòng)了我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)的平穩(wěn)發(fā)展。

3. 5G移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)

5G移動(dòng)通信的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

1）增加數(shù)據(jù)流量。相信在未來(lái)的十年后，全球的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量很可能是當(dāng)前的一千倍，所以5G移動(dòng)數(shù)據(jù)流量在發(fā)展進(jìn)程中要提升一千倍以上，并且其吞吐量要確保在100GB/S/km2以上。

2）擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量?，F(xiàn)階段，我國(guó)的智能終端設(shè)備迅速發(fā)展，預(yù)計(jì)到二十年后互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量大概在五百至一千億個(gè)之間。另外，在所有5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)，所支持的設(shè)備數(shù)量和4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比將增長(zhǎng)大約一百倍，同時(shí)達(dá)到100萬(wàn)/km2以上。

3）提高可靠性。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是為了給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)，縮短時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，讓用戶隨時(shí)都能夠享受到在線服務(wù)。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和4G相比較，縮短了約5-10倍。另外，關(guān)系到用戶資金等特殊服務(wù)，也提高了相應(yīng)的可靠性。

4）提升頻譜的利用率。未來(lái)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的用戶規(guī)模會(huì)普遍增大，流量的使用頻率也會(huì)逐漸升高。所以，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)來(lái)提高頻率的利用率。與4G網(wǎng)絡(luò)相比較，5G的平均頻譜效率要提高至少5-10倍，可以在一定程度上緩解大量用戶同時(shí)使用所造成的頻譜資源短缺的問(wèn)題。

5）降低網(wǎng)絡(luò)耗能。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要是遵循綠色低碳低能低耗的發(fā)展路線，使用節(jié)能的設(shè)計(jì)理念，全面提高網(wǎng)絡(luò)能耗的效率，該能耗與當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)水平相比，完全可以滿足用戶一千倍流量的需求。

4. 結(jié)束語(yǔ)

總之，當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，4G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)十分成熟，2020年，5G技術(shù)將正式投入市場(chǎng)，該技術(shù)的出現(xiàn)可優(yōu)化移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出的更高要求。其可為用戶提供更加優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)。但是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究依然需要不斷完善，有關(guān)部門應(yīng)掌握與5G技術(shù)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，從而促進(jìn)5G技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。