5G終端業務發展趨勢及技術挑戰研究

楊永平

（浙江省郵電工程建設有限公司，杭州 310016）

4G業務發展多年，隨著信息技術的發展，4G業務在一些領域已經逐漸不能滿足對網速、延遲、多元化等方面的要求，5G技術的大規模部署已經展開，對此網絡技術和終端設備也需要提前布局。在通信網絡的應用場景重點已經轉變為互聯網和物聯網，終端形式也從電腦、手機等設備不斷延伸，智能穿戴、工業控制、智能家居等都逐漸在出現在人們的日常生產生活中。因此加強對5G終端發展趨勢和技術特點、終端應用場景等方面的研究，確保緊隨發展潮流，推動5G終端業務的發展，更好地為廣大用戶服務。

1 5G終端業務的發展趨勢

5G終端旨在為用戶提供更優質的網絡服務，更好地滿足用戶的需求，其未來發展趨勢將主要有以下幾方面：

一是終端應用范圍更大 當前常用的移動網絡終端主要是手機、平板電腦等，未來將出現更多種類的5G終端，在更多的領域得到應用，如交通、穿戴、移動支付、醫療健康、遠程控制等，為人們生產生活中的很多方面提供更便捷的服務，使人們的生活出現較大變化。二是更加人性化 終端的生產和應用就是以滿足用戶的各種需求出發的，未來隨著5G終端的引入，在5G網絡的支持下，使之前很多受限于網絡的功能得以開展，如智能自動駕駛、實時健康監控、智能家居等，更貼近人們的生活需求，為人們提供更好的服務體驗。三是適應5G通信技術 5G通信技術較之前的通信技術在傳輸速率、連接密度、延時性等方面都有較大的進步，這些優勢都將在5G終端上得到挑戰，終端的各種硬件構成和軟件調試都應以充分發揮5G的優越性、提升用戶體驗為基礎。

2 5G終端應用場景

隨著通訊技術的發展，人們的生活、工作越來越離不開網絡，應用的場景也將涵蓋住宅、工廠、郊區、商業場所、公共交通等，一些場景中具有用戶連接網絡需求大，對流量速度要求高，且具有超高移動性，4G網絡已經不能滿足這些場景的需求，因此加強5G及終端的部署，能夠很好地解決這些問題。未來5G終端將常見于以下場景。

2.1 移動互聯網領域

用戶對移動互聯網的需求已經從通話逐漸轉移為多元化的信息交互方式，如在線閱讀、在線游戲、視頻分享、在線流媒體、在線支付等，這些功能的載體如智能手機、平板電腦、電子書等已經成為人們生活中不可缺少的部分。此外云存儲、視頻直播、虛擬現實等對網絡傳輸速度和傳輸密度要求較高的形式也逐漸在人們的生活中開始流行。

2.2 物聯網領域

5G網絡不僅為個人提供了更優質的服務，在物聯網領域也將大放光彩。物聯網使移動通信的服務范圍顯著增大，在物聯網領域5G終端在形式上和業務特征上也將差異很大。當前運用較為成熟的如智能電網、智能農業 、智能家居、環境數據監測等，這些領域需要將服務器與大量的分散式發射終端相連接，并進行小數據包頻發，如智能農業中，需要將傳感器接受的溫度、濕度、光照強度等信息反饋給主機，主機根據數據遠程控制相關設備進行調整，為農作物營造最佳的生長環境。在智能電網中，不僅可以實時將各住戶的用電量等情況反饋給服務器，減少抄表的麻煩，還能夠通過在電網中設置的各種傳感器收集電流、電壓等設備，一旦出現異常，及時采取措施避免風險擴大。智能家居則是將家庭中的各種電器與手機等移動端通過網絡連接，實現對家居電器的遠程遙控，使生活更加便捷。此外物聯網在工業控制、移動醫療、車聯網等方面的應用，則對傳輸速率、延時性和可靠性有極高的要求。其中車聯網和工業控制要求延時在毫秒級別，且需要確保近百分百的可靠性。此外大量的物聯網設備所在區域的通信信號不是很好，如偏遠的山林、水域及信號受到削弱的地下室、隧道等區域，這就要求5G部署時需要注重這些用戶多樣化的需求，通過可擴展性和靈活性的部署方式覆蓋這些終端，滿足用戶的需求。

3 5G終端業務發展面臨的技術挑戰

3.1 低時延性

在人們的日常生活中，對網絡的延時情況十分在意，如視頻會議、網購、直播、在線游戲等，網絡的延時直接影響著用戶的體驗質量，在物聯網等領域對低延時的要求更高，延時將降低到毫秒級別。未來5G終端將通過D2D直連和扁平化網絡滿足用戶的需求，借助光線網絡和高頻Wi-Fi，極大降低網絡延時。同時互聯網也將對網絡數據的質量進行優化，在保證數據的有效性的同時，通過簡化降低數據容量，從而確保低延時性。這需要在硬件和軟件方面共同努力才能實現。

3.2 高速率

對比4G網絡技術，5G技術具有更高的頻譜效率，提升約5-10倍，傳輸速度將提升10-100倍，其峰值速率可達每秒10G bit，因此對5G終端的網絡傳輸速度提出了較高要求，5G終端將采用通過3GPP、IEEE等國家化轉入機制的協調，積極發展多輸入多輸出技術和超大規模天線陣列技術。同時同頻全雙工技術實現了在收發信號使用相同的頻譜，；理論上極大提升了頻譜效率，但是不可避免的問題是由于收發信號的頻率差異較大，自干擾問題不可忽視，需要通過多級干擾自消技術來降低干擾對通信的影響。部署超大規模的3D-MIMO技術技術天線陣列，能夠發揮空分多址SDMA原理的優勢，同時為更多的用戶服務，從而確保每個用戶的網絡傳輸速率，并智能對用戶波束進行調解，減少用戶間的干擾。

3.3 低功耗

當前在4G終端使用上，設備的續航能力嚴重影響用戶的使用體驗，隨著5G終端中功能的增加，也帶來也功耗問題，過度增大電池體積將影響設備的便攜性，因此也應在加強終端的功耗管理上入手，積極采用構架先進、制成先進的芯片，在提升性能和效率的同時有效降低功耗，此外積極采用更先進的射頻功放技術和屏幕顯示技術也能有效降低功耗，提升用戶的使用體驗。

3.4 高移動性

部分移動終端需要布置在高速移動的物體上，如在飛機、高鐵上為乘客提供網絡服務，或者需要對移動物體進行實時遠程監控、指揮等，高移動速度直接影響著網絡信號的接受，在5G終端上需要考慮適應高移動性的需求，當前可行的技術有雙連接技術、終端直連D2D技術、異頻組網、優化天線波波束賦形等措施，增強信號的范圍、實現網絡的無縫切換，這對保證高移動場景下信號的穩定性和持續性具有重要意義。

3.5 高密度通信

5G時代對容量的需求很大，組網密度將較之前更加密集，這種情況下雖然使用更多的基站確保了通信容量，但是容易引發了信號互相干擾的問題，終端在不斷移動的場景下，處于多個基站的信號范圍內，終端將頻繁切換和選擇網絡，在一定程度上可能導致網絡瞬時中斷。在此情況下需要優化終端的信號選擇邏輯，有效抑制和降低小區間的信號干擾，同時加強無線中繼、用戶面與控制面分離等技術，降低高密度通信帶來的負面影響。

3.6 終端形態多元化

未來終端的多元化將更加明顯，為了給用戶提供更好的服務和體驗，5G終端將進一步融入人們生活的方方面面，除了當前常見的智能手機、平板電腦、電子書、VR設備、智能手表、智能眼鏡等事物意外，未來可能根據用戶需求出現健康數據實時采集、視頻實時采集分享的智能穿戴設備，同時無人駕駛、智能開關、智能家具等也將進一步發展，而且功能較當前會更多，一臺設備可能需要同時連接多種設備，對網絡無縫銜接的要求也會更高。

3.7 接入方式的智能化

未來無線通信的范圍將覆蓋生活的各個角落，移動終端在使用中將游走于多種不同無線網絡的范圍內，當前的做法為手動選擇適宜的網絡，而在未來5G終端將智能化地進行學習，根據用戶的日常行為習慣和所處的網絡環境，自動進行感知和監測，無縫銜接地自動選擇最佳網絡，減少不必要的用戶干預。這在當前還不完善，需要加強信號感知和提升終端的智能化來實現在不同無線信號下匹配最佳的介入。

4 結束語

各國已經在5G網絡建設上展開激烈的競爭，5G終端即將大規模得到應用，5G終端較之前的終端存在極大差異，需要加強對5G終端業務發展趨勢和技術特點的研究，通過研發和改進解決5G終端在應用中存在的不足，為用戶提供更好的使用體驗，促進5G終端業務的發展。