5G移動通信技術及發展趨勢的分析與探討

摘 要：5G時代逐漸走進，在移動通信、人工智能、互聯網教育、遠程醫療、虛擬現實VR、增強現實AR、游戲娛樂等方面5G都會扮演舉足輕重的作用。本文對5G技術的現狀及發展趨勢進行了簡要的探討。

關鍵詞：5G;移動通信;MIMO

一、5G移動通信的概念

第五代移動通信技術，縮寫：5G。也是4G之后的延伸。作為最新一代移動通信技術，在覆蓋性和安全性方面都得到了有效的提高，解決了4G移動通信技術中存在的很多問題，在很大程度上滿足了當今社會移動網絡的需求，是我國移動通信技術發展的一次重大改革。

5G移動網絡與早期的2G、3G和4G移動網絡一樣，5G網絡是數字蜂窩網絡，供應商覆蓋的服務區域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區域。表示聲音和圖像的模擬信號在手機中被數字化，由模數轉換器轉換并作為比特流傳輸。蜂窩中的所有5G無線設備通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動收發器進行通信。收發器從公共頻率池分配頻道，這些頻道在地理上分離的蜂窩中可以重復使用。本地天線通過高帶寬光纖或無線回程連接與電話網絡和互聯網連接。與現有的手機一樣，當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時，他們的移動設備將自動“切換”到新蜂窩中的天線 。

5G網絡的主要優勢在于，數據傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網絡，最高可達10Gbit/s，比當前的有線互聯網要快，比4G LTE蜂窩網絡快100倍。另一個優點是較低的網絡延遲，低于1毫秒，而4G為30-70毫秒。

二、5G移動通信的發展趨勢

與傳統的4G移動通信相比，5G具有更高的速率、更寬的帶寬，并且其在無線覆蓋和傳輸延時方面得到了很大的提高，這種智能化、自動化、高可靠性的特點將會成為未來5G移動通信的主要發展趨勢，對拓寬融合產業發展空間，支撐社會經濟發展有很大的促進作用。

如果說4G改變的只是我們個人的話，那么5G的影響面則大得多。5G的應用，可以劃分為三大塊，一塊是現有的4G體驗的提升，一塊是像自動駕駛、VR/AR這樣的應用，還有更重要的一塊是物聯網。有人形容5G的速率是這么說的：下載一個文件大小1G的電影，只需要一秒鐘。正是因為速度是如此之快，再加上低時延等特性，所以才使得自動駕駛這樣需要海量高速數據交換的應用才成為可能。物聯網使得每一個從公共基礎設施到工廠到家庭的設備都能產生連接，這樣一來，影響就廣了。這張網絡的可用性可靠性穩定性安全性，顯得無比重要。它涉及到生產和生活的方方面面。

三、5G移動通信技術所具備的特點

5G移動通信要在技術層面進一步深化改革，讓用戶有更好的體現，使得網絡運行過程中會有更高的吞吐速率，確保5G移動通信的通信環境適應性更強，發揮其使用效應。在信息傳輸以及編譯碼方面，5G移動通信繼承了此前的技術之后，還要將協作組網建立起來，以使得用戶之間、小區之間都可以相互協作，確保5G移動通信技術的應用更為廣泛，網絡覆蓋面更廣。

四、5G移動通信的關鍵技術

1.大規模MIMO技術。MIMO技術被視為5G移動通信網絡的核心技術，主要作用是在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接受端的多個天線進行傳送和接收，從而改善了通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的前提下，可以成倍的提高系統信道的容量，在很大程度上提高了移動通信的傳輸效率。

2.全雙工技術。全雙工技術主要指的是實現同時、同頻進行雙向通信的技術。目前的移動通信技術中，發射信號和接受信號之間會相互干擾，影響了移動通信的信號傳輸質量。而全雙工技術可以在發送設備和接收設備采取點到點的連接，這就意味著在全雙工的傳送方式下降低無線資源消耗，靈活運用頻譜，提高了5G移動通信的傳輸效率和傳輸速度。

3.超密集異構網絡技術。5G移動通信正朝著多元化的方向發展，隨著移動數據流量呈爆炸式的增長，超密集異構網絡將會成為5G移動通信提高數據流量的關鍵技術。該技術具有較高的網絡密集程度，因此，可以有效的縮短節點與終端的距離，使網絡的功率和頻譜大幅度的提高。

4.高頻段使用技術。對于移動通信技術而言，3G以下的頻率可以很好的支持移動移動性，具有良好的覆蓋效果，但目前這一段頻譜資源十分匱乏，而3G以上頻譜資源十分豐富，有效的利用這一區間的頻率，將極大的緩解頻譜資源緊張的問題。

5.多載波技術。由于現階段的OFDM技術在大范圍空白頻譜方面的能力還比較弱，所以就對移動通信的傳輸速率造成了一定的限制，而多載波技術的應用確很好的解決了這個問題，在該技術中，發送端采用合成濾波器來調制多載波，接受端采用分析濾波器來調制多載波，這個技術可以有效的控制載波間的相互干擾，提升了抗干擾性。

五、5G未來發展前景

3G與4G時代催生了工業互聯網的制造業發展新動向;而5G時代的到來將會拓展這些領域。5G已經在網絡系統吞吐率、網絡資源利用率、頻譜資源、智能化方面顯示了其巨大的優勢與威力。比如，在智能家居方面，由于5G網絡的普遍應用，可以將手機、所有家電進行可控制性的互聯，并營造出4G時代不曾有的虛擬觀看，使用戶直接在手機上看到立體畫面外投的家居情況。

隨著我國通信業的快速發展，之前“一電話難求”的局面已成歷史，而且與國外相比，我國的通信覆蓋已相對完善。不過，雖然我國通信人口覆蓋率為99%，但我國還有40%的領土面積沒有覆蓋，一些人跡罕至的地方沒有信號覆蓋，如沙漠、高山和海洋等，目前這些地區的信號覆蓋主要依靠衛星通信，這需要特殊的衛星終端。

短短30多年的移動通信史，述說的是通信的歷史，也是我們同齡人的歷史。我們有幸見證這段輝煌燦爛的歷史，和移動通信變革時代同行，幸甚至哉！

參考文獻

[1]呂欣.5G時代出版產品進化路徑探究[J].出版廣角，2019（9）.

[2]商文豪;史應如.5G移動通信發展趨勢和關鍵技術分析[J].經濟技術導刊，2019（9）.

[3]史建華.5G通信中傳輸技術的應用分析[J].電子世界，2019（8）.

作者簡介：

李強（1981年11月），女，漢族，黑龍江省齊齊哈爾市人;學歷：研究生;職稱：講師;研究方向：程序設計及其語言.

課題結題信息：

《產學研融合背景下“5G+人工智能”移動應用開發課程研究》

課題編號：GJC1319053.