5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)分析

張穎彬

摘要：5G移動(dòng)通信在為用戶提供穩(wěn)定、便捷思維通信服務(wù)的同時(shí)，對(duì)于現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。為了更好地推動(dòng)5G移動(dòng)通信在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)與社會(huì)生活環(huán)節(jié)的有效應(yīng)用，強(qiáng)化5G移動(dòng)通信技術(shù)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：5G移動(dòng)通信；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

引言：

5G移動(dòng)通信以多址技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的高效互聯(lián)，大幅提升入網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量以及類別，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展注入新的活力，例如人工智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要5G移動(dòng)通信作為通信渠道來實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)的交互，增強(qiáng)控制能力。目前以華為為代表的中國(guó)企業(yè)，投入大量資源對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行深耕，推出了Polar Code 5G移動(dòng)通信方案。中興通訊則在5G網(wǎng)絡(luò)基站以及傳輸頻段方面取得了突破性的建站，其多載波CA技術(shù)，增強(qiáng)了5G移動(dòng)通信的容量需求，擴(kuò)大了5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，滿足了用戶的通訊需求。從2017年開始，部分國(guó)家進(jìn)行5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的商用試驗(yàn)，為后續(xù)的推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，移動(dòng)通信領(lǐng)域中5G移動(dòng)通信技術(shù)得到了發(fā)展，其會(huì)在未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的創(chuàng)新。現(xiàn)在世界各國(guó)都在對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行深入研究，5G移動(dòng)通信技術(shù)借助的是無線網(wǎng)絡(luò)方式，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是其發(fā)展的動(dòng)力，通過對(duì)后臺(tái)服務(wù)和云計(jì)算的運(yùn)用，其可以提供現(xiàn)有固定互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的各種服務(wù)業(yè)務(wù)，所以移動(dòng)通信技術(shù)的系統(tǒng)容量和傳輸質(zhì)量會(huì)發(fā)生很大的變化。5G技術(shù)將用戶體驗(yàn)放在第一位，大大提高了網(wǎng)絡(luò)平均吞吐率和傳輸速度，而且不再受到點(diǎn)到點(diǎn)的物理層傳輸和信道編譯碼等技術(shù)的限制，更加關(guān)注對(duì)體系的構(gòu)架，業(yè)務(wù)支撐能力更強(qiáng)。目前5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中高頻段頻譜資源得到了廣泛運(yùn)用，無線、有線、光載無線組網(wǎng)等技術(shù)可以彌補(bǔ)高頻段無線電波有限的穿透能力。隨著業(yè)務(wù)流量的不斷發(fā)展，5G無線網(wǎng)絡(luò)會(huì)加強(qiáng)“軟”配置，不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，有效防止能源浪費(fèi)。一旦5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)等目前停留在構(gòu)想階段的概念會(huì)進(jìn)一步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并在工業(yè)、醫(yī)療、安全等領(lǐng)域得到了充分利用，提高各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率，創(chuàng)新新的生產(chǎn)方式。

2 5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)規(guī)范

2.1大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)有很大的優(yōu)勢(shì)，其對(duì)于提高基站站點(diǎn)的頻譜效率和功率效率有重要作用，天線數(shù)目的增多使得小尺度信道的穩(wěn)定性增強(qiáng)。相同資源上終端間的信道有正交特性，這是因?yàn)樵诨竞徒K端之間準(zhǔn)正交有信道特性。而大規(guī)模MIMO技術(shù)不符合綠色理念，大大增加了污染治理成本，其天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，需要全新的3D信道模型，所以必須結(jié)合天線的相關(guān)性和耦合度進(jìn)行。通過與小基站的結(jié)合，大規(guī)模MIMO技術(shù)在毫米波頻段的天線尺寸恒定時(shí)，其頻率干擾會(huì)加劇，所以必須做好功率增益和干擾的協(xié)調(diào)工作。

2.2高級(jí)多址技術(shù)

5G移動(dòng)通信運(yùn)用的非正交多址（NOMA）方式，可以提高頻譜效率，將一個(gè)資源分配給多個(gè)用戶使用。發(fā)送端運(yùn)用非正交發(fā)送，主動(dòng)引入干擾信息。而且其提升了接收機(jī)的復(fù)雜度，頻譜效率更高，非正交傳輸通過設(shè)計(jì)復(fù)雜的接收機(jī)換取更高的頻譜效率，使得非正交運(yùn)用成為可能。

2.3高頻段

目前移動(dòng)通信系統(tǒng)3GHZ以下的頻段資源還比較緊張，所以其未來的發(fā)展趨勢(shì)就是運(yùn)用高頻段，在3GHZ以上會(huì)擁有更加豐富的頻譜資源，所以必須要將這一區(qū)間的頻譜資源充分利用起來，有效解決頻譜資源緊張的問題。因?yàn)?GHZ以下的頻段資源飽和，所以可以運(yùn)用微米波頻段中存留的閑置頻譜資源。毫米波主要運(yùn)用在短距離傳輸中，其缺點(diǎn)非常明顯，所以被認(rèn)為無法用于移動(dòng)通信，比如其路徑損耗強(qiáng)、受周圍障礙物影響大、設(shè)備成本高等問題，目前運(yùn)用得比較少。近年來，5G通信技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)，大大降低了其使用成本，并逐漸得到了運(yùn)用。結(jié)合5G毫米波的使用，保證有源天線的尺寸不變，在其頻率增加時(shí)，其有效半徑與λ2/4π成正比，此時(shí)覆蓋半徑減小，收發(fā)天線之間自由空間的路徑損耗與載波頻率的平方（fc2）也成正比。在fc從3到3DGHz的轉(zhuǎn)變中，其覆蓋半徑損耗會(huì)增加20 dB，此時(shí)如果增加頻率，在鏈路一端天線的覆蓋半徑會(huì)保持不變，其路徑損耗也不會(huì)發(fā)生變化。反之，如果兩端天線半徑不變，此時(shí)路徑的損耗幅度就是fc2，在功率增加時(shí)，5G通信技術(shù)的信號(hào)寬帶更加廣泛，有利于消除路徑損耗，使得5G網(wǎng)絡(luò)中可以運(yùn)用微米波。

2.4 D2D

無線多媒體業(yè)務(wù)越來越多，以基站為中心的傳統(tǒng)蜂窩通信系統(tǒng)進(jìn)行小區(qū)覆蓋時(shí)無法移動(dòng)基站和中繼站，使得其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活度受到限制，所以這一業(yè)務(wù)提供方式已經(jīng)開始淘汰。5G移動(dòng)通信技術(shù)中的D2D技術(shù)進(jìn)行通信終端的直接通信不需要運(yùn)用基站，其可以拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。而且D2D的數(shù)據(jù)速率高、時(shí)延和功耗較低，實(shí)現(xiàn)了頻譜資源的高效利用，因?yàn)槠淇梢赃M(jìn)行短距離的直接通信，具有較高的信道質(zhì)量，所以鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性更高。

3 5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的投資建議

因?yàn)?G移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)，其未來市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展將會(huì)超過千億美元，所以布局時(shí)要依據(jù)主設(shè)備、光模塊、天線、小基站等進(jìn)行。因此，要做好無線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展會(huì)推動(dòng)其快速發(fā)展，大大提升我國(guó)企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)上的主導(dǎo)地位，在全球5G生態(tài)中提升我國(guó)整個(gè)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的參與度。而且5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展會(huì)大大增加基站數(shù)量，使得基站間連接光模塊的數(shù)量和速率發(fā)生躍變，5G基站的建設(shè)也會(huì)推動(dòng)光模塊發(fā)展。同時(shí)MIMO多天線技術(shù)、超高頻和毫米波頻段也要做好準(zhǔn)備，為5G移動(dòng)通信提供射頻天線、射頻連接器件及電纜等配套設(shè)備。因?yàn)?G通信建設(shè)運(yùn)用的組網(wǎng)覆蓋模式是“宏站+小站”，所以也要發(fā)揮小基站的作用，使之成為室分和網(wǎng)優(yōu)的主流技術(shù)。

結(jié)束語：

總而言之，目前5G移動(dòng)通信技術(shù)還在發(fā)展研究階段，必須要結(jié)合其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探索，進(jìn)行5G移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)規(guī)范的深入研究，發(fā)揮其在我國(guó)通信行業(yè)中的推動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)通信行業(yè)整體的進(jìn)步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：沈陽電信工程局（有限公司））