5G-多無線技術(shù)的融合探析

張琴琴 宋 勇

（1.四川郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司四川分公司，四川 成都 610067）

無線通信技術(shù)經(jīng)歷了近一百余年的發(fā)展歷程，包含了多種無線通信技術(shù)，按通信距離大致分為個(gè)域網(wǎng)通信、局域網(wǎng)通信、廣域網(wǎng)通信三大類，對應(yīng)典型的技術(shù)代表有RFID、藍(lán)牙、Zigbee、WLAN、蜂窩移動通信、NB-IOT、微波通信、衛(wèi)星通信。近幾年，隨著人民日益增加的業(yè)務(wù)需求，蜂窩移動發(fā)展迅猛，成為當(dāng)今世界主流的無線通信技術(shù)，在經(jīng)歷四代移動通信的發(fā)展后，目前第五代移動通信技術(shù)成為全世界關(guān)注的熱點(diǎn)。4G是為連接人與人之間通信專門設(shè)計(jì)的，而5G會滲透到各行各業(yè)，滿足各垂直行業(yè)的信息化服務(wù)需求。

一、無線通信技術(shù)

（一）無線個(gè)域網(wǎng)通信

無線個(gè)域網(wǎng)通信典型技術(shù)有藍(lán)牙、紅外、RFID、UWB、ZigBee、NFC等，具有低功耗、低成本、傳輸距離短、使用ISM頻段等共性特點(diǎn)，使其應(yīng)用定位在與個(gè)人相關(guān)的室內(nèi)環(huán)境中。

藍(lán)牙技術(shù)是個(gè)域網(wǎng)通信技術(shù)的重要組成部分，具有個(gè)域網(wǎng)通信的共性特點(diǎn)，組網(wǎng)以自組網(wǎng)、散狀網(wǎng)為主，傳輸距離、連接用戶數(shù)適中，主要應(yīng)用在家用電器、醫(yī)療建設(shè)器材等生活領(lǐng)域。

ZigBee是一種新型的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于自動控制領(lǐng)域，滿足小型廉價(jià)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)和控制。介于無線射頻標(biāo)簽RFID和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)提案。ZigBee具有低功耗、大連接、低時(shí)延、傳輸距離靈活等優(yōu)勢，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動化、無線數(shù)據(jù)采集、無線工業(yè)控制、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設(shè)備控制等場合。隨著近幾年物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與推進(jìn)，ZigBee通信技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

（二）無線局域網(wǎng)通信

無線局域網(wǎng)是無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是以射頻無線電波通信技術(shù)構(gòu)建的局域網(wǎng)，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，作為有線數(shù)據(jù)通信的補(bǔ)充及延伸。這種無線建網(wǎng)與高速網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)近幾年來受到廣泛關(guān)注并發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)市場上一個(gè)耀眼的亮點(diǎn)。自發(fā)展起WiFi聯(lián)盟已提出多個(gè)版本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)日趨成熟，目前，WLAN技術(shù)基本覆蓋了人們生活的各個(gè)角落，被廣泛應(yīng)用于辦公局域網(wǎng)、校園局域網(wǎng)、家庭寬帶等。由于其速率高、覆蓋廣、信號強(qiáng)、安全穩(wěn)定的優(yōu)勢，必將成為以后通信企業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)之一。

（三）蜂窩移動通信

蜂窩移動通信發(fā)源于20世紀(jì)70年代末80年代初，發(fā)展至今已經(jīng)歷四代移動通信的發(fā)展。第一代移動通信是模擬移動通信系統(tǒng)，用戶容量受限制，在人口密度很大的城市，系統(tǒng)擴(kuò)容困難。第二代移動通信主要是語音業(yè)務(wù)，其主要提供數(shù)字化的話音業(yè)務(wù)及較低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，典型制式有GSM、CDMA。

第三代移動通信系統(tǒng)在第二代移動通信技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步演進(jìn)，延伸出了我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA。第三代移動通信系統(tǒng)不僅能同時(shí)提供話音業(yè)務(wù)，還能提供一定速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是徹底解決第一二代移動通信系統(tǒng)主要弊端的先進(jìn)的移動通信系統(tǒng)。第三代移動通信系統(tǒng)的主要目標(biāo)是提供包括語音、數(shù)據(jù)和視頻等內(nèi)容的移動多媒體業(yè)務(wù)。典型制式有TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000。第四代移動通信技術(shù)可以為更多的網(wǎng)絡(luò)提供無線服務(wù)，不僅能在任何地方任何時(shí)候接入互聯(lián)網(wǎng)，還能提供信息通信之外的精準(zhǔn)定位定時(shí)、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集等功能。4G網(wǎng)絡(luò)理論下行速率可達(dá)100Mbps，上傳速率能夠達(dá)到20Mbps。

第五代移動通信技術(shù)（5G）是4G的更進(jìn)一步延伸，其主要是引入新的無線傳輸技術(shù)，大幅提高了資源利用率，進(jìn)一步優(yōu)化其智能技術(shù)，同時(shí)引入新的結(jié)構(gòu)體系，提高網(wǎng)絡(luò)速率，深度挖掘新的頻率資源、優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系的性能以及擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍。

二、未來無線通信格局

5G是一個(gè)端到端的生態(tài)系統(tǒng)，由多層網(wǎng)絡(luò)、多種接入技術(shù)、多用戶、多設(shè)備組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在5G的移動通信中，已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了以體驗(yàn)為主的服務(wù)方式，而不再是采用以前的以技術(shù)為導(dǎo)向的服務(wù)理念。在5G網(wǎng)絡(luò)中，將多種新型的無線接入技術(shù)和有線接入技術(shù)有機(jī)結(jié)合，就可以更好地為用戶提供更加極致的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

根據(jù)對5G的定位，5G主要有三大應(yīng)用場景：eMBB（增強(qiáng)型移動帶寬）、mMTC（海量機(jī)器類通信）和uRLLC（超可靠低時(shí)延通信）。eMBB應(yīng)用場景下，智能終端用戶上網(wǎng)峰值速率將要達(dá)到10Gbps甚至20Gbps，為虛擬現(xiàn)實(shí)、無處不在的視頻直播和隨時(shí)隨地云接入等大帶寬應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)支持。mMTC應(yīng)用場景下，5G網(wǎng)絡(luò)需要支撐100萬/平方公里規(guī)模的人和物的連接，典型應(yīng)用為物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。uRLLC應(yīng)用場景下，要求5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延達(dá)到低于1毫秒，為遠(yuǎn)程機(jī)械控制、輔助駕駛、智能制造和自動駕駛等低時(shí)延業(yè)務(wù)提供強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)支持。基于5G的場景應(yīng)用定位，5G采用了先進(jìn)的無線傳輸驅(qū)動技術(shù)（大規(guī)模天線、新型多址接入、全雙工、先進(jìn)編碼調(diào)制技術(shù)等）和靈活的技術(shù)解決方案（超密集組網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)、M2M、D2D、高頻通信、頻譜共享等）來支撐各大應(yīng)用場景。

5G定位于“萬物互聯(lián)”，隨著各項(xiàng)無線技術(shù)的演進(jìn)，無線技術(shù)之間必將相互融合，從而創(chuàng)新，形成5G未來觸手可及的新局面。室內(nèi)熱點(diǎn)覆蓋場景中，WLAN與蜂窩移動通信將融合共存。由于5G頻段相比于4G與WLAN頻段隔離度更高，因此系統(tǒng)間共存性能更優(yōu)。未來5G蜂窩移動通信的室內(nèi)覆蓋是大趨勢，如地鐵、大型商場、展館等應(yīng)用場景中。目前室內(nèi)覆蓋大多以WLAN覆蓋為主，因此，5G蜂窩移動通信將會是WLAN室內(nèi)覆蓋的延伸，而WLAN作為補(bǔ)充，兩者友好共存。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，ZigBee技術(shù)由于其功耗低、成本低等特點(diǎn)將定位于短距離廣覆蓋的智能家居應(yīng)用；而新興的蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)NB-IOT具備廣覆蓋、可移動、大連接數(shù)等性能優(yōu)勢，將會在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用中發(fā)揮其優(yōu)勢，為末端傳感設(shè)備提供連接需求，通過移動蜂窩網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)信息交互與對接，實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化、高效化。通過各種技術(shù)的深度融合，形成工業(yè)新形態(tài)，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。

三、總結(jié)

4G以前的無線通信旨在完成人與人的通信設(shè)計(jì)，4.5G（NB-IOT）實(shí)現(xiàn)了物與物的鏈接，5G則將達(dá)成全連接，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。5G必將影響人們未來生活的方方面面，因?yàn)槠洳粌H僅是提供更高速率的網(wǎng)絡(luò)，還包括物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市和工業(yè)控制等等。不同的場景對網(wǎng)絡(luò)的需求也不同，5G移動通信要與WLAN、ZigBee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等技術(shù)融合這也就要求5G無線通信技術(shù)更加“智慧”。隨著研究的不斷深入，5G的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)也將逐步明確，并且在不久的將來會進(jìn)入人們的生活、豐富人們的體驗(yàn)。