5G無線通信技術的關鍵技術應用探究

周 易 劉梅芳 李華鴻

三維通信股份有限公司 浙江 杭州310053

1 引言

在目前快速發展變化的網絡時代下,移動通信技術取得了突飛猛進的進步與發展變化,不僅每一代時間的更新時間變短,而且更快的通信技術的應用,滿足人們追求高速網絡生活的需求,提升和改進人們的體驗。以目前網絡時代下主流的4G 技術為例,其應用中的頻率過高并存在弱覆蓋等問題。而以我國的華為等企業為首所研發的5G 技術也逐漸成為新時代的主角,目前的5G網絡手機也在逐漸更新換代,相應的基站也在大規模建設,更好地彌補4G通信技術的不足,解決覆蓋弱的問題,更是大大提升了運營速度。不僅在民用領域表現主顯著的優勢,更是在軍事和醫學等領域中大放異彩,成為未來通信技術的發展重點。

2 簡述5 G通信技術

移動通信技術目前已經經歷了四代發展,逐漸從第四代向目前的5G 時代邁進,在以往的四次變革中,每一代的發展變化都表現出技術上的極大突破和進步,同時也表現出自身的獨有特點,但是每一代中也存在自身的缺陷和不足,在后續的更新中從技術層面上進行彌補和完善。比如在第一代中主要是初步嘗試模擬蜂窩技術,而在第二代中則針對第一代模擬蜂窩技術中的TDMA和FDMA進行改進。在這兩代技術中主要以語音通信為主,到了第三代的CDMA技術時代,則可以支持寬帶數據業務,且在第四代中將此寬帶數據業務的優勢發揮到的極致,同時也表現出,I MO 和OFDM 等特征。以目前網絡時代中的4G 主流技術為例,此通信技術的網絡數據速率已經達到了100 Mbit/s,甚至在靜止時還會達到1Gb/s的級別,可以滿足影響畫面清晰且不會產生停止抖動等問題。但是目前人們的生活質量不斷提升,在全面進入網絡時代下,人們對于網絡數據傳輸和下載等速率要求也不斷提高。以目前初露鋒芒的5G通信技術為例,其不僅實現了比4G技術的網絡速率提升1000倍的改進,可以在瞬間完成一部高清電影的下載,而且有利于構建新型網絡社會,滿足目前數據時代下龐大的移動數據量傳輸和下載等需求,同時也降低了移動數據傳輸和應用的成本。在目前5G通信技術的高度發達時期,隨著此技術的不斷發展,表現出體驗對象和網絡傳輸方面的顯著優勢,但是也在穩定性以及不同應用場景下自由切換等問題。因此,在未來,更需要不斷提升5G通信技術的快捷性以及可發展性,邊切通過聯合不同制式和模式實現網上運作,同時降低壓縮網絡創建以及維護成本,不斷提升其應用吐艷,時期更加靈活方便和全面覆蓋,共同創建更加友好、便捷的網絡環境。

3 分析5 G無線通信技術的關鍵技術

3.1 網絡技術 目前5G無線通信技術在無線通信技術中所用網絡技術主要有以下幾種:一是自組織網絡技術,也就是SON 技術,屬于一種自動化的網絡運維技術。此技術的主要特點就是可以自動部署、自動配置以及自動優化和治愈,可以解決原有無線通信技術應用中出現的網絡運維效率較低的問題,同時也降低網絡成本,實現網絡覆蓋面積的擴大,提升通信質量和容量。二是超密集異構網絡。隨著目前無線通信技術向更加智能化、多元化和綜合化方向的發展,在傳統的通信技術采取分裂小區的方法對小區半徑進行減小的方式,需要采取增加低功率節點數量的方式滿足更大的系統容量要求,但是這也會不斷增加部署的站點密度。為此,通過5G 通信技術的應用則可以滿足上述站點密度的部署要求,可以部署目前站點密度10倍以上的無線節點。三是SDN/NFV。其中的SND就是軟件定義網絡技術,其主要通過OpenFlow 技術的應用來分離網絡設備的控制面板和數據面,使得網絡業務可以進行編程。通過此技術的應用還可以對未來網絡進行定義并且對網絡進行簡化。而通過NFV 技術的應用則可以對網元設備結構進行重新定義,通過耦合專業硬件,將網絡服務分離出來。將這兩中技術進行融合,可以發揮SDN 技術的優勢來提升NFV 技術的兼容和便于操作的形勢,還可以通過NFV技術的應用,發揮其虛擬化以及IT編排等技術優勢,實現SDN技術靈活性的提升。

3.2 無線傳輸技術 此技術主要有全雙工技術以及新型多天線傳輸技術兩種,對于前者來說,也就是同時同頻的雙向通信技術,基于此技術,從理論上可以實現頻譜利用率提升一倍以及網絡覆蓋范圍的拓寬,同時也使得頻譜的使用更為靈活便捷。此外,基于此技術也在推進器件技術以及信號處理技術的發展與成熟。對于后者來說,就是將MI MO 天線應用在LTE和LTE-Advanced中并進行改進,但是在后者的應用中沒有表現出良好的改進效果。因此也將有源天線技術引入其中,可以對小區基站開展大規模的MI MO部署,實現系統容量的提升,更好地滿足目前日益增長的數據業務需求。

3.3 網絡架構 目前5G通信技術中的網絡架構表現出多種網絡以及多種通信方式并存的特點,同時也通過D2D網絡概念的提出,通過應用D2D技術來緩解基站壓力,滿足日益增加的數據量和業務量需求。這主要由于此技術的應用可以不需要基站轉接就可以進行數據交換并提供服務,因此可以使得蜂窩網絡的壓力降低,并且有利于設施魯棒性的提升。在目前物聯網技術的快速發展形勢下,未來還可以實現機器之間的M2 M 通信,比如采用接入控制以及資源劃分等不同方案的應用來滿足未來網絡發展需求。

3.4 云計算 在此5G技術中通過移動云計算技術的應用,主要針對本地資源缺乏以及設備不足的問題,通過云端代替移動設備開展計算和數據處理,減少對設備的使用。同時也可以在分布式計算機中儲存數據和應用程序,避免出現數據丟失等問題。在目前的5G技術發展中,萬物互聯服務的覆蓋規模在不斷擴大,而且也會存在多種異構網絡并存的局面,通過云端可以供不同移動設備利用不同的無線接入技術訪問云端中的數據信息等。

3.5 高兼容性 目前所發展和應用的5G技術可以向下兼容原有的4G、3G和2G等通信協議,包括所有的應用Wi-Fi以及藍牙等無線通信技術的平臺,表現出此通信平臺的高兼容性特點,通過此種資源整合解決方案的應用,為運營設備提供更為強大的功能,更有助于實現開發和維護成本的降低。

3.6 情境感知技術 此技術是來自于普適計算的研究,也就是通過傳感器以及無線通信技術的應用,可以使得目前人們常用的無線通信設備,比如手機等擁有情境感知的功能,結合5G技術的應用則可以對這些智能終端等傳感器所收集的情境信息等進行分析,并且將更加合適和可靠的服務提供給用戶,也就是可以給予用戶更加便捷的網絡智能推送服務。

4 關于5 G無線通信技術的應用

現代社會中移動網絡已經逐漸普及,智能終端設備的普及率也在逐漸提升,人們已經享受到移動服務所帶來的便利,而社會的不斷發展變革也快速增加移動和無線流量,并且暴露出共享信息訪問過程中的效率以及安全等方面的問題。為了解決上述矛盾,目前發展起來的5 G通信技術則顯示出強大的優勢,不僅可以實現人與人之間的基本通信,而且可以實現物與物之間的通信。雖然目前人們普遍應用的4G 通信技術可以滿足人們日常觀看高清視頻以及傳輸大數據等需求,但是5G 技術不僅下載速度大幅度提升,而且也在4 G業務基礎上節省了存儲空間,并對安全服務進行進一步的優化。在人們的日常生活中,通過5G技術的應用可以隨意使用遠程監控和視頻對話等功能,還可以應用虛擬現實游戲等,網絡延時也會縮短到1 ms以內,便于目前自動駕駛以及電子醫療等行業的發展,提升自動駕駛車輛的安全性。尤其是在目前網絡用戶不斷增加的形勢,整個社會的用戶業務需求量激增,人們隨時隨地都需要保持通信,5G 幾乎的應用可以滿足流量變遷、地域變換、延時可靠性等較高的服務標準要求,滿足廣大用戶的通信服務需求。未來,網絡連接會成為人與人以及物與物之間連接的主要方式,尤其是隨著目前大量商用智能設備的投入應用以及智能家居和可以穿戴的設備的普及應用,逐漸形成了更加開放和寬廣的物聯網設備,使得目前網絡連接數量猛增,在此背景下對5G技術的需求更為迫切。未來需要從全球統一的技術標準上進行進一步的發展以及技術方案上的突破,重點是對網絡架構以及基站架構等核心技術上的研發,可以滿足進一步擴大移動互聯網范圍以及全面實現5G通訊網絡時代的發展要求。

5 結語

5G 無線通信技術與之前的通信技術相比,表現出無線信號覆蓋范圍廣、傳輸速率和吞吐效率高、無線通信網絡以及動態資源配置更為靈活等優點,在未來大規模商用的過程中,由于相應的技術標準還不夠統一以及其中的關鍵技術還沒有突破和掌握,還需要進一步加大研發力度并推動移動通信領域的變革與快速發展。