淺析5G關(guān)鍵技術(shù)及應用

【摘 要】本文首先對5G進行概述，然后通過5G移動通信網(wǎng)絡技術(shù)的現(xiàn)狀、5G性能指標進行論述，再詳細分析5G關(guān)鍵技術(shù)，最后結(jié)合5G當前的需求和特點，當前5G移動通信網(wǎng)絡技術(shù)面臨的問題。未來5G網(wǎng)絡是一個多網(wǎng)絡、多頻段、多制式的混合網(wǎng)絡，相對4G頻譜效率將提升5～15倍，能效和成本效率將提升百倍以上。

【關(guān)鍵詞】移動通信網(wǎng)絡;5G;關(guān)鍵技術(shù);移動通信技術(shù)

15G的概述

5G是第五代移動通信技術(shù)的簡稱，但與4G、3G、2G不同的是，5G并不是獨立的、全新的無線接入技術(shù)，而是對現(xiàn)有無線接人技術(shù)的技術(shù)演進，以及一些新增的補充性無線接人技術(shù)集成后解決的總稱。從某種程度上講，5G將是真正意義上的融合網(wǎng)絡。以融合和統(tǒng)一的標準，提供人與人、人與物及物與物之間高速、安全和自由的聯(lián)通。3G、4G更多的是滿足語音以及數(shù)據(jù)業(yè)務需求，5G則將更多聚焦于增強移動寬帶、海量連接物聯(lián)網(wǎng)、垂直行業(yè)應用等領(lǐng)域。是實現(xiàn)未來世界“萬物互聯(lián)”的關(guān)鍵載體。

25G的關(guān)鍵技術(shù)

LTE-A的技術(shù)標準主要由3GPP國際標準化組織制定。業(yè)界初步認為在3GPP R14階段（2016年）將啟動5G技術(shù)的標準研究工作。5G無線關(guān)鍵技術(shù)的主要方向包括：

2.1新型多天線技術(shù)

多天線技術(shù)是一種提高網(wǎng)絡可靠性和頻譜效率的有效手段，目前正被應用于無線通信領(lǐng)域的各個方面，如3G，LTE，LTE-A等，天線數(shù)量的增加，可以保證傳輸?shù)目煽啃砸约邦l譜效率。新型大規(guī)模天線技術(shù)可以實現(xiàn)比現(xiàn)有的MIMO技術(shù)更加高的空間分辨率，使得多個用戶可以利用同一時頻資源進行通信，從而在不增加基站密度的情況下大幅度提高頻率效率;新型多天線技術(shù)可以降低發(fā)送功率;可以將波束集中在很窄的范圍內(nèi)，可以降低干擾。總之，新型多天線技術(shù)無論在頻譜效率、網(wǎng)絡可靠性還是能耗方面都具有不可比擬的優(yōu)勢，因此在5G時代會普遍使用。

2.2高頻段的使用

對于移動通信系統(tǒng)而言，在3GHz以下的頻段可以很好地支持移動性，有良好的覆蓋范圍，但目前在這一區(qū)間的頻譜資源十分緊張。而在3GHz以上的頻譜資源非常豐富，如果能夠有效利用這一區(qū)間的頻譜資源，將會極大地緩解頻譜資源緊張的問題。因此，高頻段的使用將會成為未來發(fā)展的趨勢，高頻段具有許多優(yōu)點，比如：可用帶寬非常充足，設(shè)備和天線小型化，天線增益較高。

2.3同時同頻全雙工

傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)由于其局限性，并不能實現(xiàn)同時同頻的雙向通信，這造成了極大的資源浪費，而全雙工同時同頻技術(shù)可以實現(xiàn)上行鏈路和下行鏈路同時利用相同的頻率資源進行雙向通信，理論上可以令資源利用率提升一倍。不過全雙工同時同頻技術(shù)也面臨一個技術(shù)難題，就是在發(fā)送和接收信號的過程中，由于功率差距非常大，會導致非常嚴重的自干擾，因此首要解決的問題就是干擾消除。另外，還有存在著鄰小區(qū)同頻干擾問題，全雙工同時同頻在多天線的環(huán)境下應用難度會更大，需要深入研究。

2.4終端直通技術(shù)

傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式，是以基站為中心實現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無法移動，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業(yè)務不斷增多，傳的以基站為中心的業(yè)務提供方式，已無法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務需求。D2D技能夠無需借助于基站的幫助實現(xiàn)通信終端之間直接通信，拓展網(wǎng)絡連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時延和較低的功耗;通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實現(xiàn)頻譜資源的高效利用;支持更靈活的網(wǎng)絡構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡可靠性。

2.5密集網(wǎng)絡

在未來的5G通信中，無線通信網(wǎng)絡正朝著網(wǎng)絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將發(fā)生井噴式的增長。未來數(shù)據(jù)業(yè)務將主要分布在室內(nèi)和熱點地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡成為了實現(xiàn)未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網(wǎng)絡將能夠改善網(wǎng)絡覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對業(yè)務進行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡部署和更高效的頻率復用。未米，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡方案，部署高達100個以上小區(qū)/扇區(qū)。此同時，遮這發(fā)密集的網(wǎng)絡部署，也使得網(wǎng)絡拓撲更加復雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動性增強方案等，都是目前密縣網(wǎng)絡方面的研究熱點。

35G的需求

5G，顧名思義就是第五代移動通信技術(shù)。在4G技術(shù)剛剛普及的今天，包括三星、愛立信、諾基亞、華為、中興等國內(nèi)外企業(yè)，都已在5G技術(shù)研發(fā)上積極跟進。據(jù)三星公司介紹，4G技術(shù)更多的是為了提升移動寬帶傳輸峰值速率和頻譜效率，目標峰值速率1Gbps而5G會在移動寬帶峰值速率上有大幅度增強，要達到20Gbps。5G的研發(fā)將面向2020移動通信的需求，包含體系架構(gòu)、無線組網(wǎng)、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發(fā)與利用等關(guān)鍵技術(shù)。隨著個人設(shè)備的逐漸增加，人們希望個人設(shè)備與家庭生活更好的聯(lián)系起來，這樣移動通信網(wǎng)絡需要接入的連接數(shù)將是非常巨大的，對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡來講，這無疑是一個很大的挑戰(zhàn)，需要一些革新性的技術(shù)來實現(xiàn)海量連接隨著科技的發(fā)展，個人隱私保護問題越來越重要，這就需要更加可靠的信息傳輸來完成，對于現(xiàn)在的4G系統(tǒng)來說還需要進一步升級，將會依賴5G技術(shù)的出現(xiàn)。

4總結(jié)

5G時代，使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上網(wǎng)的功耗將大大降低，這也讓需要長時間使用無線網(wǎng)絡的智能家居、智慧城市成為可能。低時延。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的低時延將徹底打破空間的界限，讓所有對網(wǎng)絡時效性要求極高的服務得以實現(xiàn)。例如：無人駕駛。指揮終端可以通過網(wǎng)絡實時路況，指引車輛以最佳路線行進。此外，遠程醫(yī)療和遠程工業(yè)制作也成為可能。總之，未來基站將更加小型化，可以安裝在各種場景，具備更強大的功能，去除了傳統(tǒng)的匯聚節(jié)點;與4G網(wǎng)絡相比，5G網(wǎng)絡不僅傳輸速率更高，而且在傳輸中呈現(xiàn)出低時延、高可靠的特點，低功耗能更好地支持物聯(lián)網(wǎng)應用。

參考文獻：

[1] 康建中5G移動通信的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探析.通信技術(shù)與應用2016（8）

[2] 王胡成5G網(wǎng)絡技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.電信科學2015（9）

作者簡介：

李海舟（1983年5月），男，漢，籍貫（廣西玉林市），學士，中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司玉林市;

（作者單位：中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司玉林市分公司）