關(guān)于5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)的探討

李可才

摘 要

目前，4G移動通信的普及率在不斷提高，并取得了良好的成效。4G雖然在一定程度上可以滿足人們生活的需求，但是隨著技術(shù)水平的發(fā)展，人們會對移動通信有更高層次的要求，因此4G技術(shù)還有待于加強(qiáng)研究，而移動通信勢必會發(fā)展到5G。文章對5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)及其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行探討分析，希望可以讓人們進(jìn)一步了解下一代移動通信技術(shù)。

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

隨著世界各國對移動通信技術(shù)發(fā)展的極大重視，在短短幾年時間內(nèi)，移動通信就從以往的2G/3G發(fā)展到現(xiàn)階段的4G技術(shù)，在實際應(yīng)用、用戶體驗等方面有了顯著地提升。由于科技水平是不斷進(jìn)步完善的，因此在不久的將來4G技術(shù)勢必也會成為歷史，5G技術(shù)將開始發(fā)展和應(yīng)用。現(xiàn)階段各國都在對5G技術(shù)進(jìn)行研究，并且取得了一些階段性的成果，下面就對5G關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢進(jìn)行初步探究分析。

1 5G移動通信技術(shù)特點分析

首先，5G移動通信模式下，不但要對技術(shù)革新進(jìn)行重視，還要對用戶體現(xiàn)、通信網(wǎng)絡(luò)實際吞吐率等進(jìn)行關(guān)注，并且也比以往更加重視移動通信的可靠性。其次，該種通信背景下，會在體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行革新來到達(dá)突破移動通信技術(shù)的目的。就2/3/4G移動通信技術(shù)而言，其注重物理層之間的傳輸以及信道編譯碼技術(shù)等兩部分的發(fā)展，然而5G技術(shù)在此基礎(chǔ)上增加了對多點、多用戶以及多天線和小區(qū)協(xié)作組網(wǎng)的研究。再次，5G技術(shù)不僅重視覆蓋面的擴(kuò)大，更加關(guān)注室內(nèi)通信技術(shù)的發(fā)展。第四，5G技術(shù)會應(yīng)用到許多的高頻頻譜資源，但其繞射能力差和衰減較快，因此5G技術(shù)發(fā)展會注重對高頻段無線電波傳播能力的研究。最后，5G移動通信技術(shù)會讓運營成本減少，然后按照網(wǎng)絡(luò)流量真實的應(yīng)用狀態(tài)來合理調(diào)節(jié)、分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)而有效提升用戶的體驗水平。

2 5G技術(shù)中關(guān)鍵性技術(shù)分析

2.1 高頻段頻率拓展技術(shù)

傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分擁擠，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實現(xiàn)極高速、短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波通信的主要優(yōu)點，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點。目前我國正在積極開展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。

2.2 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在5G技術(shù)應(yīng)用時，不僅會應(yīng)用到全新的無線傳輸技術(shù)，還會對無線傳輸技術(shù)進(jìn)行有效完善，因此這也就表明5G通信是將多種無線接入進(jìn)行有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的一種新型的通信系統(tǒng)。而對于各種無線傳輸來說，它們在傳輸過程中能夠被有效利用，進(jìn)而形成了一種具備多層覆蓋、涵蓋多個無線接入技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。而無線網(wǎng)絡(luò)在后續(xù)的發(fā)展過程中，會提升無線傳輸技術(shù)實際的部署密度，縮短不同站點間的間距，實際支持用戶的數(shù)量和范圍得到顯著增加，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)一個用戶與一個服務(wù)節(jié)點相對應(yīng)的狀態(tài)，進(jìn)而構(gòu)成超密集度的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

2.3 Device to Device（D2D）技術(shù)

Device to Device（D2D）通信是一種在系統(tǒng)的控制下，允許終端之間通過復(fù)用小區(qū)資源直接進(jìn)行通信的新型技術(shù)，它能夠增加蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率，降低終端發(fā)射功率，在一定程度上解決無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏的問題。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現(xiàn)頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。目前D2D采用廣播、組播和單播技術(shù)方案，未來將發(fā)展其增強(qiáng)技術(shù)，包括基于D2D的中繼技術(shù)、多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等。

2.4 大規(guī)模MIMO技術(shù)

就無線通信系統(tǒng)本身而言，多天線技術(shù)能夠提升通信傳輸?shù)陌踩砸约翱煽啃裕鋺?yīng)用原理如下圖1所示。而充分利用數(shù)量眾多的天線，可以有效增加MIMO信道的實際容量，因此想要提升信道容量，需要有針對性的提升天線數(shù)量。該技術(shù)的優(yōu)勢有很多，例如，可以提升MIMO空間的分辨率，使其能夠支持用戶進(jìn)行體驗；在極短的時間內(nèi)可以將波束進(jìn)行有效集中，避免了因為波寬過大而造成的影響；實際功率效率較高；還能夠擁有性能十分良好的線性檢測設(shè)備。

3 5G移動通信未來的發(fā)展趨勢

3.1 數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長

在5G技術(shù)應(yīng)用以后，全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)流量可以提升到現(xiàn)階段的1000倍，并且實際吞吐量可以在100GB/S/km2以上。

3.2 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)模大幅增加

預(yù)計2040年左右互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以達(dá)到500億到1000億個，是4G移動通信的100倍左右。

3.3 用戶速率得以提升

5G用戶在一般情況下的速率在10Mbit/s左右，如果有特殊需求可以達(dá)到100Mbit/s。

3.4 穩(wěn)定性得到提升

5G移動通信會給用戶提供更好的體驗服務(wù)，縮短通信時延，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性。

3.5 減少網(wǎng)絡(luò)耗能

5G移動通信更加注重綠色、環(huán)保、低碳，因此會有針對性的應(yīng)用節(jié)能設(shè)計理念，提升網(wǎng)絡(luò)耗能效率，如果和原來能耗相同的情況下，這些足以滿足用戶1000倍流量的需求。

4 結(jié)論

總而言之，隨著5G移動通信技術(shù)的發(fā)展與完善，不僅會為用戶提供更好的體驗，還能提升通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)其他相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展。因此文章對5G相關(guān)技術(shù)及其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行探究是十分有意義的。

參考文獻(xiàn)

[1]薛迪.5G移動通信發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)探討[J].無線互聯(lián)科技，2015（16）：17-18.

[2]馬丁潔.基于SDN和NFV的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2015（20）：58-58.

[3]程遠(yuǎn)麗.5G移動通信發(fā)展普及困境與趨勢對策[J].科技展望，2015（21）：20-20.

作者單位

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 廣東省廣州市 510638