5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關鍵技術

蒙嘉文

（重慶郵電大學移通學院，重慶 401520）

世界各國的科技技術均在不斷的向前發(fā)展，這項指標已經(jīng)成為了國家綜合國力的重要評價標準之一。而且移動通信技術的發(fā)展得到更高的關注度，當前普遍應用的就是4G網(wǎng)絡技術。但是伴隨社會需求的不斷提升，將來4G已不能達到應用需求標準，進而發(fā)展為5G移動通信已經(jīng)是趨勢。5G移動通信會具有更高的網(wǎng)絡控制技術，發(fā)揮出更快的網(wǎng)絡信息傳輸速度，并且減少等待信息時間等等優(yōu)勢，大力的研發(fā)5G移動通信技術非常關鍵。

1 5G移動通信技術的特征和應用場景

5G（5th-Generation）為第五代移動通信技術的簡稱，當前對于5G的詮釋還沒有完全統(tǒng)一的標準。但是，根據(jù)國外成功研發(fā)第五代移動通信技術來說，應用此種技術之后的手機于無線狀態(tài)中的下載速度更高，為每秒3.6G，這種新型通信技術就是Nomadic Local Area Wireless Access。在未來的發(fā)展中，5G會具有更大的需求量，并且依照移動通信發(fā)展的態(tài)勢，會賦予5G更全面的效能，并且具備更高的利用效率。另外，在利用資源程度上，以及對于傳輸速度方面上，相較于4G移動通信來說，均具有顯著的提升，使其具有更好的無線覆蓋性能、傳輸延遲功能，并且具有更好的系統(tǒng)安全可靠性，帶給用戶更加豐富的體驗。

在5G概念白皮書中明確的顯示出，5G主要的技術場景一共涉及到四項，即分別是低功耗大連接、低時延高可靠、連續(xù)廣泛覆蓋以及熱點高容量。在各種技術場景中，面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的就是低功耗大連接場景、低時延高可靠場景，他們?yōu)?G新拓展的場景，主要的目標就是對于傳統(tǒng)移動通信不能支持物聯(lián)網(wǎng)和垂直行業(yè)應用的弊端問題進行改善并解決掉。在熱點高容量以及連續(xù)廣域覆蓋方面，滿足的實際需求就是能夠良好的符合2020年和將來發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務實際要求標準。總而言之，對于5G移動通信技術的發(fā)展，是可以達到諸多領域的業(yè)務需求的，包括工作方面、休閑方面、交通方面、居住方面以及醫(yī)療方面等，并且在物聯(lián)網(wǎng)等領域更加深入的涉及。另外，可以密切的聯(lián)系起醫(yī)療儀器設備、交通工具、工業(yè)設施等等，科學合理的融合，提供給用戶提供在線游戲以及超高清視頻等等更加豐富的體驗。

2 5G移動通信的業(yè)務需求分析

首先，滿足人們對于虛擬現(xiàn)實的多樣化需求。5G運行期間，可以良好的結(jié)合起各種感官技術，即視覺感官、聽覺感官等，通過模擬系統(tǒng)產(chǎn)生3D感應，帶給日常生活更多、更加豐富的體驗，并且推動更好的在虛擬世界、現(xiàn)實世界中搭建橋梁，產(chǎn)生更精彩的交互體驗，最終實現(xiàn)對于虛擬世界的諸多需要，讓生活更具有趣味性。

其次，帶給人們更加高清的視頻體驗。相較于4G移動通信而言，5G移動通信具備更加迅速的傳輸速度，在進行數(shù)據(jù)的傳輸過程中，可以產(chǎn)生更大量的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且不會受到限制問題的阻礙，進而確保高清視頻可以產(chǎn)生順通的運行，帶給移動用戶高速速率，無論在任何的地點以及任何的時間，均可以看到高清視頻，具有舒適的觀看體驗。

接下來，能夠適應智慧城市所提出的各種需求。當前，對于建設智慧城市來說，其有效的聯(lián)系起綜合云計算以及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡平臺，加強同現(xiàn)實世界的密切結(jié)合，城市升級轉(zhuǎn)型中智慧城市屬于重要的一種趨勢。建立在智慧城市的基礎上，很多的城市都通過大力的投入建設形成很多建設熱潮，所以在將來發(fā)展智慧城市已經(jīng)是重點的內(nèi)容之一。5G移動通信能夠搭建起全新網(wǎng)絡服務，包括較快的速度以及較高的質(zhì)量水平等，所以在建設智慧城市期間，5G移動通信是可以發(fā)揮出有效的推動作用的。經(jīng)實施5G移動通信能夠便捷的應用相關技術以及進行支付等，進而適應智慧城市的各種要求標準。

最后，滿足物聯(lián)網(wǎng)要求和全新用戶體驗。未來的社會發(fā)展中，經(jīng)很多感應裝置，使得物體經(jīng)網(wǎng)絡在有關平臺進行運行，最終有效的實現(xiàn)安全性的處理，達到智能化的標準，并且全面的聯(lián)系起跟蹤以及管理等內(nèi)容，通過無線以及高速的形式，對于物聯(lián)網(wǎng)信息展開科學的處理，最終達到通信保障的目標，并且經(jīng)諸多安全可靠的舉措在網(wǎng)絡內(nèi)部進行投入應用。另外5G移動通信中的服務方式為體驗為主，相較于以技術為主導的服務理念而言具有了進一步的發(fā)展。5G移動通信是把很多的新型無線接入技術有效的融合起有線接入技術，進而使得用戶體驗更豐富多彩。

3 5G移動通信的發(fā)展趨勢

大力的研究以及開發(fā)5G移動通信技術是社會發(fā)展的必然趨勢，無論在國內(nèi)還是國外，都已經(jīng)具有高度的重視。在未來的發(fā)展中，5G移動通信能夠?qū)崿F(xiàn)以下的幾方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長狀態(tài)。應用5G移動通信以后，在全世界范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)流量同現(xiàn)在的應用情況相比較，會超出1000倍之多，同時能夠滿足實際吞吐量超過100GB/S/km2的效果；大幅度的增加互聯(lián)網(wǎng)設備的規(guī)模。根據(jù)相關部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，預計到2040年左右，全世界的互聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量能夠超過500億，甚至達到1000億個，相較于當前盛行的4G移動通信來說，可以超出100倍之多，數(shù)量龐大；明顯的增強用戶速率。通常情況下，5G用戶速率是維持在10Mb/s，在出現(xiàn)特殊需求的狀態(tài)下，會提升至100Mb/s；明顯的提升穩(wěn)定性，并且大大的降低網(wǎng)絡耗能情況。5G移動通信能夠有效的減少通信時延，將網(wǎng)絡運行的安全可靠性進行提升，進而提供給用戶更加優(yōu)質(zhì)、舒適的體驗。另外，5G移動通信重視低碳、環(huán)保以及綠色觀念，所以在其中充分的展現(xiàn)出節(jié)能設計的標準，也會相應的提升網(wǎng)絡效率，減少或者避免網(wǎng)絡耗費掉更多的有效能源。

4 5G移動通信關鍵技術探究

4.1 大規(guī)模MIMO技術

MIMO技術具有諸多方面的優(yōu)勢特點，大規(guī)模MIMO空間分辨率相較于當前的技術來說，具有明顯的提升技術程度。所以，MIMO技術能夠?qū)τ诳臻g展開深入的挖掘以及拓展，良好的掌控維度情況，讓不同用戶可以于相同的時間內(nèi)展開相對自由形式的通信，而且可以不通過提升基站密度的方式，便能夠有效的將頻譜效率進行增強。同時大規(guī)模MIMO技術中能夠在相對較窄區(qū)域范圍中進行集中波束，實現(xiàn)明顯程度的將干擾問題降低的效果，而且可以推動功率的有效提升。當前在研究MIMO技術中，也存在不足的地方，例如傳輸方案一般是實施TDD系統(tǒng)，而且采取的均為單天線，所以就會讓其數(shù)量同基站天線數(shù)量相比較明顯更小，在用戶數(shù)量增加的同時也會使其數(shù)量相應的提升。

4.2 基于濾波器組的多載波技術

無線通信系統(tǒng)內(nèi)，多載波技術的應用相對普遍，可以在將頻譜效率進行提升的期間，有效的對抗很多的多徑衰落現(xiàn)象。當前在移動通信中應用的OFDM技術于頻譜效率以及抗多徑衰落等方面發(fā)揮出的優(yōu)勢顯著，但是弊端問題就是不具有應用大范圍帶寬中空白頻譜的能力。鑒于此，基于濾波器組的多載波技術應運而生，可以良好的解決以上的問題。此技術的發(fā)送端經(jīng)合成濾波器組對于多載波展開調(diào)制，并且接收端經(jīng)分析濾波器的方式，實現(xiàn)多載波的調(diào)制。此技術的特征為：子載波可以進行單獨的處理，將子載波同步狀況具有良好的解決，而且子載波無需進行前綴的插進以及固定正交，能夠?qū)τ谧虞d波間互相干擾問題進行良好的控制，就會大大的減少干擾的狀況。因此，可以達到各載波之間的帶寬設置目標同時進行靈活控制。

4.3 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡技術

5G系統(tǒng)具有無線傳輸技術，因此存在諸多的形式的無線接入模式。此種技術的網(wǎng)絡密集程度相對較高，因此就會產(chǎn)生較近的網(wǎng)絡節(jié)點與終端距離。這樣一來，一方面能夠?qū)⒐β省㈩l譜效率進行有效的提升，另一方面也能夠?qū)⑾到y(tǒng)容量進行增加，而且明顯的提升系統(tǒng)靈活性。盡管超密集異構(gòu)網(wǎng)絡技術能夠在5G移動通信的發(fā)展中提供更好的動力以及廣闊的前景，但是由于減少了節(jié)點之間距離情況，所以就會導致系統(tǒng)內(nèi)部增加各種問題。鑒于此種情況，需要積極的改進這種情況。例如，采取有線回傳方式，將程序進行有效的簡化，并且能夠節(jié)省大量的資源，維護移動通信平穩(wěn)向前發(fā)展。

4.4 自組織網(wǎng)絡技術

為明顯的區(qū)別于傳統(tǒng)移動通信技術，大大的節(jié)約物力資源、人力資源的投入，可在滿足用戶需求的基礎上，將自組織網(wǎng)絡技術應用到移動通信中。自組織網(wǎng)絡技術這一概念為經(jīng)網(wǎng)絡引進自組織的能力，涉及到的方面諸多，即自我配置、自我優(yōu)化等，可以將人為干預量明顯的減少，發(fā)揮出的優(yōu)勢巨大。5G移動通信屬于異構(gòu)網(wǎng)絡，融合以及協(xié)同多制式共存。在業(yè)務等不斷更新的情況下，就需要讓網(wǎng)絡也積極的適應這一趨勢。為確保移動過程具備良好的平穩(wěn)性，就應該應用雙連接模式優(yōu)化選擇目標。

4.5 高頻段頻率拓展技術

以往移動通信系統(tǒng)工作的工作頻段集中于3GHz以下，所以頻譜資源會凸顯出相對擁擠的情況，但是高頻段可用頻譜資源豐富，例如厘米波頻段、毫米波頻段等，可以良好的對于頻譜資源緊張的情況進行改善，達到短距離以及極高速通信的目標，同時滿足5G容量以及傳輸速率等實際需求標準。

4.6 Device to Device（D2D）技術

此種技術建立在系統(tǒng)控制基礎上，讓終端之間以復用小區(qū)資源直接實施通信的一種新型技術。不僅可以將蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率進行提升，減小終端的發(fā)射功率，同時也能夠顯著的處理好無線通信系統(tǒng)稀缺頻譜資源的情況。因短距離直接通信，具有較高的信道質(zhì)量水平，所以D2D可以產(chǎn)生較高數(shù)據(jù)速率，同時產(chǎn)生較低的功率消耗等。經(jīng)廣泛分布的終端，積極的改善覆蓋，達到高質(zhì)量應用頻譜資源的效果。而且可以對于靈活性網(wǎng)絡的連接方式進行支持，將網(wǎng)絡的可控性進行提升。

5 結(jié)束語

伴隨時代的不斷進步與發(fā)展，5G 移動通信時代已經(jīng)漸漸的走向我們。此種技術會提供給人們更加豐富多彩的網(wǎng)絡需求，用戶的業(yè)務體驗更加優(yōu)質(zhì)舒適。現(xiàn)階段5G 網(wǎng)絡技術是在探索的階段，所以有關的部門應該對于5G 關鍵技術全面的學習和了解，建立在人們生活需求基礎上展開更好的研發(fā)工作。