新時(shí)期5G 無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與應(yīng)用分析

賈 磊

（同信通信股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引 言

移動(dòng)通信的發(fā)展從20世紀(jì)中期開(kāi)始，當(dāng)時(shí)的通信過(guò)程需要靠無(wú)線電波進(jìn)行傳輸，需要通過(guò)人力在數(shù)據(jù)總機(jī)上進(jìn)行轉(zhuǎn)接，為其接聽(tīng)主叫方與被叫方，而無(wú)線電話由于體積的限制，可安裝的地點(diǎn)寥寥無(wú)幾。21世紀(jì)初，3G移動(dòng)寬帶時(shí)代來(lái)臨，可以傳輸更多的數(shù)據(jù)資源，可以上網(wǎng)查閱收集資料，觀看視頻影音，用戶數(shù)量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。2011年起，4G技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)普及，移動(dòng)通信正式融入人們的生活，傳輸速度的提升提高了其功能性。現(xiàn)在，5G技術(shù)已經(jīng)來(lái)臨，人們將迎來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)新發(fā)展的大時(shí)代。

1 新時(shí)期5G無(wú)線通信技術(shù)出現(xiàn)的背景

5G系統(tǒng)的靈活性是當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的必要條件，也是經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)飛速發(fā)展下的必然產(chǎn)物。現(xiàn)階段，5G移動(dòng)通信已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)項(xiàng)目。據(jù)悉我國(guó)華為公司已經(jīng)掌握了較為完善的5G移動(dòng)通信體系，并且應(yīng)用良好。5G系統(tǒng)基于未來(lái)設(shè)備設(shè)施的優(yōu)化以及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，能夠完善新的體系結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)全新的智能化新時(shí)代通信。

2 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)概述

5G的面世在某種程度上奠定了數(shù)字化時(shí)代信息革命的高潮。作為新一代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，其最大的優(yōu)勢(shì)就是傳輸質(zhì)量和傳輸速度顯著提升。5G的信息傳輸速度最高可達(dá)10 Gb/s，下載一部電影只需要短短數(shù)秒。5G網(wǎng)絡(luò)不局限應(yīng)用于智能手機(jī)和平板電腦，還包括智能手表、家庭電子設(shè)備等。

5G的原理是C=λV，即光速=波長(zhǎng)×頻率[1]。傳統(tǒng)的有線通信被距離空間所限制，為了保證信息的傳輸速度和質(zhì)量，需應(yīng)對(duì)空氣中的傳播影響因素。5G信號(hào)的傳輸是應(yīng)用超高頻電磁波進(jìn)行的，頻率越高速度越快，因此實(shí)現(xiàn)5G系統(tǒng)全面覆蓋開(kāi)展商業(yè)化的相關(guān)技術(shù)理論成為現(xiàn)實(shí)。高頻的電磁波，頻率越高則波長(zhǎng)越短，直線傳播過(guò)程中衰竭的程度也越大。實(shí)際上，日常生活的通信中廣泛存在遮擋物。如果使用5G網(wǎng)絡(luò)，那么為了覆蓋相應(yīng)范圍并提升通信質(zhì)量，就必須增加基站數(shù)量。現(xiàn)實(shí)因素既促進(jìn)了5G通信網(wǎng)絡(luò)的研究，又阻擋了其發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展仍存在許多困難和挑戰(zhàn)。要克服相關(guān)問(wèn)題，必須以正確的方法、合理的姿態(tài)來(lái)面對(duì)眾多客觀限制條件，如資金成本、土地資源及收費(fèi)方式等[2]。

3 5G無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)研究

5G無(wú)線通信技術(shù)的方案設(shè)計(jì)和核心技術(shù)研究都有不同領(lǐng)域的內(nèi)容設(shè)計(jì)，對(duì)于運(yùn)行和設(shè)備方面都在不斷創(chuàng)新。

3.1 新型多天線傳輸通信技術(shù)

傳統(tǒng)手機(jī)由于通信技術(shù)的限制必須要在手機(jī)上安裝天線，而數(shù)據(jù)天線的“消失”，代表著通信技術(shù)的進(jìn)步。通過(guò)隱藏在手機(jī)內(nèi)部的天線，可以了解到天線的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)成正比例關(guān)系。由于高頻電磁波的應(yīng)用，波長(zhǎng)的長(zhǎng)度變短，導(dǎo)致天線變短。這就意味著原本存放天線的區(qū)域由于體積變小，可以適當(dāng)?shù)卦黾訑?shù)量。覆蓋大范圍的基站也顯著增加了天線的數(shù)量。通過(guò)對(duì)天線進(jìn)行改進(jìn)，能夠有效提升容量、速度以及耐性。通過(guò)有效提升陣列增益及干擾抑制增益，使通信工作性能得到較大提升。5G發(fā)展過(guò)程中，天線技術(shù)不斷發(fā)展，能夠更好地滿足業(yè)務(wù)需求。此外，多數(shù)量、小范圍的微基站既增加了通信效果，又不會(huì)對(duì)人們的身體造成影響[3]。

3.2 高頻通信技術(shù)

未來(lái)5G通信技術(shù)應(yīng)用中，高頻傳輸作為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心，需要根據(jù)波長(zhǎng)在實(shí)際傳輸過(guò)程中受到的影響進(jìn)行完善。5G高頻傳輸通信技術(shù)主要是克服電磁波的輸出頻段以及損耗影響，保證傳輸性能。由于直線傳播損耗較多，且電磁波同光的傳播一樣是向四周發(fā)散的，所以高頻通信技術(shù)實(shí)則是將信息傳輸?shù)穆窂竭M(jìn)行規(guī)劃，將四周發(fā)散的電磁波進(jìn)行集中傳輸。通過(guò)波束賦形的階段，通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)的相位控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向所提供服務(wù)的手機(jī)，而且能根據(jù)手機(jī)的移動(dòng)轉(zhuǎn)變方向。這種空間復(fù)用技術(shù)由全向的信號(hào)覆蓋變?yōu)榱司珳?zhǔn)指向性服務(wù)，波束之間不會(huì)干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高了基站的服務(wù)容量[4]。

3.3 密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

由于人口的不斷增長(zhǎng)，通信技術(shù)的相關(guān)業(yè)務(wù)需求也成幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。一個(gè)人可能同時(shí)具備2～3個(gè)需求通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，所以需提升通信技術(shù)性能和擴(kuò)大覆蓋范圍。密集型網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)通過(guò)眾多微型基站的建立，大幅提升了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，并減少了不同區(qū)域內(nèi)的干擾密度。

3.4 毫米波技術(shù)和大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突出特點(diǎn)之一就是解決了無(wú)法應(yīng)用毫米波技術(shù)和大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)的問(wèn)題。大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)是為了解決特定區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)交流和轉(zhuǎn)換問(wèn)題，對(duì)于天線數(shù)量、陣列都有要求，可滿足密集人口區(qū)域設(shè)備連接的穩(wěn)定性，提升信息傳輸質(zhì)量，保證通信服務(wù)。大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)的缺陷在于天線過(guò)于密集，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)波交流、互相干擾，降低了通信效率，使數(shù)據(jù)交流出錯(cuò)。5G技術(shù)通過(guò)波束成形和大數(shù)量小基站，將其應(yīng)用轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。

4 5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用

5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，不僅充分滿足了用戶的需求，并且兼容性良好。5G的突出優(yōu)勢(shì)是高速性，在智能手機(jī)、平板電腦的資源下載中能夠完美體現(xiàn)。此外，5G網(wǎng)絡(luò)下的信息存儲(chǔ)，能夠通過(guò)高效率的傳輸功能將信息上傳至云空間，有效保障了資料存儲(chǔ)的可靠性與安全性。

5G技術(shù)的兼容與4G、3G、2G通信協(xié)議以及WiFi通信技術(shù)一樣，在智能終端操作時(shí)可以進(jìn)行選用。高兼容性使得5G的使用用途更具有針對(duì)性，并能夠基于用戶需求開(kāi)啟功能，在不需求時(shí)關(guān)閉使用，能夠有效減少資源浪費(fèi)。

5 5G時(shí)代與日常生活的聯(lián)系探討

5G網(wǎng)絡(luò)下的通信技術(shù)發(fā)展未來(lái)前景較為樂(lè)觀，無(wú)論是速度、穩(wěn)定性還是時(shí)延，都能夠極大地滿足未來(lái)生活的需求。預(yù)計(jì)在2020年后，5G開(kāi)始大規(guī)模商業(yè)化，即開(kāi)始普及。5G 時(shí)代將構(gòu)建一個(gè)全新的社會(huì)，實(shí)現(xiàn)人和人之間的溝通、人和設(shè)備之間的交流以及設(shè)備之間的數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)化。5G將下一代社交網(wǎng)絡(luò)、沉浸式游戲轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，在電子信息設(shè)備中完成數(shù)據(jù)通信、智能聯(lián)網(wǎng)，而融入生活中的數(shù)字化功能可將無(wú)人駕駛、智能監(jiān)控及功能型家具等應(yīng)用轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)[5]。

6 結(jié) 論

5G技術(shù)的研發(fā)與發(fā)展是當(dāng)今社會(huì)的必然產(chǎn)物，現(xiàn)在正屬于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)形成的階段，在部分范圍已經(jīng)投入使用。我國(guó)為5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化做出了較大努力，5G技術(shù)的研發(fā)試驗(yàn)也有相關(guān)政策扶持。對(duì)于新時(shí)期5G無(wú)線通信技術(shù)，要始終保持積極態(tài)度，不斷發(fā)展通信技術(shù)。