5G 移動(dòng)通信技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)研究

謝 振

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司肇慶分公司，肇慶 526040）

0 引言

與當(dāng)下廣泛應(yīng)用的4G 技術(shù)相比，5G 技術(shù)能夠使移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)獲得更大帶寬和更高數(shù)據(jù)傳輸速度，并通過(guò)與無(wú)線(xiàn)通信有效銜接滿(mǎn)足技術(shù)的智能化應(yīng)用需求。因此，還應(yīng)加強(qiáng)5G 移動(dòng)通信技術(shù)的研究，了解技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，從而加強(qiáng)對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展方向的把握。

1 5G 移動(dòng)通信技術(shù)分析

1.1 自組網(wǎng)技術(shù)

在5G 網(wǎng)絡(luò)大范圍建設(shè)的背景下，投入的運(yùn)維成本將占據(jù)建設(shè)成本的70%，給技術(shù)應(yīng)用推廣帶來(lái)嚴(yán)重限制。采用自組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)部署，能夠使資源成本得到有效控制，減少因人為失誤帶來(lái)的錯(cuò)誤，促使5G 網(wǎng)絡(luò)得到較好建設(shè)。應(yīng)用自組網(wǎng)技術(shù)對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，能夠使復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布設(shè)問(wèn)題得到解決，使超密集網(wǎng)絡(luò)得到有效處理，達(dá)到提高系統(tǒng)自配效率的目標(biāo)，能夠使系統(tǒng)給鄰區(qū)帶來(lái)的不良影響得到降低。在移動(dòng)通信業(yè)務(wù)開(kāi)展期間，需要結(jié)合用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，以便使通信質(zhì)量得到提高。采用自組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行雙鏈接優(yōu)化目標(biāo)的選擇，在相同硬件平臺(tái)中融合軟基站，能夠使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)得到合理調(diào)整。采用超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)準(zhǔn)確分流，使站點(diǎn)距離得到縮短，在提高用戶(hù)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量部署。針對(duì)異構(gòu)組網(wǎng)復(fù)雜度過(guò)高的問(wèn)題，運(yùn)用自組織網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自我優(yōu)化，在滿(mǎn)足客戶(hù)需要的同時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。

1.2 多天線(xiàn)技術(shù)

5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)除了考慮效率、資源使用、傳輸質(zhì)量等問(wèn)題，還要保證網(wǎng)絡(luò)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。采用多天線(xiàn)技術(shù)增加通信天線(xiàn)數(shù)量，可以獲得較高的空間分辨率，在提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的同時(shí)，使系統(tǒng)運(yùn)行始終維持穩(wěn)定。如在LTE 系統(tǒng)中，采用常規(guī)技術(shù)只能配備4根天線(xiàn)完成通信信號(hào)收發(fā)，但是采用多天線(xiàn)技術(shù)可以配備8根天線(xiàn)，因此能夠?yàn)榉€(wěn)定通信的實(shí)現(xiàn)提供保障。設(shè)計(jì)多天線(xiàn)系統(tǒng)，基站能夠配置數(shù)百根的天線(xiàn)，使不同用戶(hù)的通信需求同時(shí)得到滿(mǎn)足。采用布設(shè)列陣方式統(tǒng)一完成系統(tǒng)天線(xiàn)配置，能夠使空間資源得到節(jié)約，滿(mǎn)足5G 通信基站靈活部署需求。現(xiàn)階段，5G 技術(shù)的2D 形式多天線(xiàn)正向著3D 形式發(fā)展，在應(yīng)用有源技術(shù)增設(shè)天線(xiàn)過(guò)程中應(yīng)確保天線(xiàn)數(shù)量不超出128根，以免出現(xiàn)干擾問(wèn)題[1]。加強(qiáng)對(duì)波束范圍的控制，能夠使信號(hào)干擾程度得到降低，達(dá)到提升設(shè)備基站功率的目標(biāo)。

1.3 多載波技術(shù)

作為5G 移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，多載波技術(shù)的應(yīng)用能夠使系統(tǒng)復(fù)雜度得到降低，并通過(guò)提高信號(hào)抗多經(jīng)衰落促使通信質(zhì)量得到改善。過(guò)去采用子載波技術(shù)，由于各子載波擁有相同帶寬，通信期間需要保證子載波同步，處于正交狀態(tài)，容易造成系統(tǒng)靈活性下降。應(yīng)用多載波技術(shù)無(wú)需進(jìn)行循環(huán)前綴設(shè)置，也無(wú)需保持正交，用于對(duì)各載波寬帶進(jìn)行設(shè)置，能夠使通信系統(tǒng)各參數(shù)得到靈活控制[2]。憑借由多個(gè)濾波器組成的濾波器組，多載波系統(tǒng)能夠保持低頻譜應(yīng)用率，并且提供較高峰值，在同頻中實(shí)現(xiàn)并行應(yīng)用。在5G 通信期間，維持1GHz 以上寬帶頻率，能夠使通信保持高效傳輸狀態(tài)。運(yùn)用多載波技術(shù)對(duì)無(wú)法達(dá)到頻率標(biāo)準(zhǔn)的低頻段實(shí)施處理，能夠在發(fā)送端對(duì)濾波器進(jìn)行合成，完成多載波統(tǒng)一調(diào)控，確保濾波器獲得較高沖擊響應(yīng)能力。完成寬帶頻率、子載波重疊的科學(xué)設(shè)置，能夠使5G 網(wǎng)絡(luò)資源利用率得到提高。

1.4 全雙工技術(shù)

應(yīng)用全雙工技術(shù)，能夠使5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)靈活使用頻譜，促使頻譜利用率得到提高。在5G 網(wǎng)絡(luò)中由終端實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射，容易導(dǎo)致信號(hào)接收設(shè)備工作受到影響。應(yīng)用同時(shí)同頻全雙工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)頻譜技術(shù)改造，避免信號(hào)收發(fā)相互干擾，從而使數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量得到保證。采用全雙工模式對(duì)相同物理信道上不同信號(hào)同時(shí)接收，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率高效利用，而使信號(hào)發(fā)射與同頻信息的接收同步進(jìn)行，能夠使雙工節(jié)點(diǎn)干擾問(wèn)題得到解決，促使網(wǎng)絡(luò)性能得到提高。在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)數(shù)量不斷增長(zhǎng)的狀態(tài)下，服務(wù)器時(shí)常處于高負(fù)載狀態(tài)，還要利用全雙工技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)快速響應(yīng)，繼而使通信的可靠性得到保證。

2 5G 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 性能優(yōu)化發(fā)展

發(fā)展至2020年，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)容量將進(jìn)一步增長(zhǎng)，對(duì)5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也將提出更高性能要求，以免網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行受到流量暴增因素的影響。結(jié)合這一趨勢(shì)，5G 技術(shù)需要在頻譜利用、資源傳輸?shù)确矫婕铀傩阅軆?yōu)化，使網(wǎng)絡(luò)整體性能得到提升。應(yīng)用5G 技術(shù)意味著主流將被大流量業(yè)務(wù)所占據(jù)，促使資源傳輸效率持續(xù)提高，使用戶(hù)等待時(shí)間得到一再縮短，才能使實(shí)際應(yīng)用需求得到滿(mǎn)足。加強(qiáng)數(shù)據(jù)高效傳輸，使傳輸數(shù)據(jù)的完整性和安全性得到保證，則要求5G 網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)自我調(diào)整，可以發(fā)揮自感知、自調(diào)節(jié)等功能使網(wǎng)絡(luò)處于全天候穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，能夠使對(duì)有線(xiàn)通信依賴(lài)度較高的領(lǐng)域獲得穩(wěn)定、可靠的5G 通信服務(wù)。在服務(wù)細(xì)節(jié)方面，還應(yīng)加強(qiáng)各類(lèi)用戶(hù)通信特征把握，通過(guò)提供有針對(duì)性的通信解決方案保證通信質(zhì)量，使有限資源得到充分利用。從移動(dòng)通信整體架構(gòu)建設(shè)角度來(lái)看，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多用戶(hù)、多線(xiàn)協(xié)作組網(wǎng)，使系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值得到有效提升。在室內(nèi)無(wú)線(xiàn)通信方面，可以將光纖網(wǎng)與有線(xiàn)網(wǎng)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化，繼而使用戶(hù)通信需求得到更好滿(mǎn)足。

2.2 節(jié)能降耗發(fā)展

相較于4G 移動(dòng)通信技術(shù)，5G 技術(shù)的應(yīng)用還要解決能耗過(guò)高問(wèn)題。在短時(shí)間內(nèi)，5G 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量將處于相對(duì)低的狀態(tài)，而基站、天線(xiàn)系統(tǒng)等裝置的運(yùn)行和維護(hù)將產(chǎn)生較高能耗，造成能源嚴(yán)重浪費(fèi)。為解決這一問(wèn)題，未來(lái)5G 網(wǎng)絡(luò)部署還要從對(duì)現(xiàn)有通信資源進(jìn)行充分利用的角度開(kāi)展，以便使網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段的成本得到有效降低。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)營(yíng)商方能適當(dāng)降低流量?jī)r(jià)格，逐步完成業(yè)務(wù)市場(chǎng)開(kāi)拓。結(jié)合這一目標(biāo)，5G 技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用需要加強(qiáng)能耗分析，使網(wǎng)絡(luò)得到合理建設(shè)。在關(guān)注用戶(hù)體驗(yàn)的同時(shí)，需要從基站建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)部署等方面制定節(jié)能降耗方案，實(shí)現(xiàn)新技術(shù)開(kāi)發(fā)，促使技術(shù)運(yùn)行成本和網(wǎng)絡(luò)成本得到降低。結(jié)合社會(huì)科技發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)5G 技術(shù)將加強(qiáng)與云技術(shù)的融合，在基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)云技術(shù)進(jìn)行融合應(yīng)用，在解決數(shù)據(jù)傳輸延遲高等問(wèn)題的同時(shí)，降低基礎(chǔ)運(yùn)行成本，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本得到有效控制[3]。在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置方面，應(yīng)用5G技術(shù)還要結(jié)合流量使用情況加強(qiáng)資源動(dòng)態(tài)調(diào)整，繼而使能耗得到有效降低。

2.3 智能應(yīng)用發(fā)展

從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，除了影音、圖像等業(yè)務(wù)流量爆發(fā)式增長(zhǎng)，業(yè)務(wù)豐富度也將進(jìn)一步提升。在網(wǎng)絡(luò)中心建設(shè)的過(guò)程中，還要結(jié)合不同業(yè)務(wù)需求完成內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，使網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延得到降低，從而使用戶(hù)獲得較好通信體驗(yàn)。伴隨著網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展，5G 網(wǎng)絡(luò)需要完成智能應(yīng)用開(kāi)發(fā)，借助各種智能算法加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理和分析的同時(shí)，滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。在自組網(wǎng)技術(shù)支撐下，通過(guò)智能規(guī)劃完成算法配置，可以結(jié)合用戶(hù)接入需求完成節(jié)點(diǎn)增設(shè)，確保智能應(yīng)用可以順利實(shí)現(xiàn)。汽車(chē)自動(dòng)駕駛為5G 智能應(yīng)用之一，能夠?qū)⒁苿?dòng)通信與無(wú)線(xiàn)通信充分結(jié)合在一起，在智能技術(shù)支撐下實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化”駕駛運(yùn)行基礎(chǔ)邏輯。在有效控制數(shù)據(jù)傳輸延遲和保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)幕A(chǔ)上，從三維宏觀(guān)角度實(shí)現(xiàn)“車(chē)與車(chē)”的溝通避險(xiǎn)，滿(mǎn)足汽車(chē)自動(dòng)控制要求。此外，在智能電網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域，5G 技術(shù)也開(kāi)始與智能技術(shù)結(jié)合在一起，完成智能應(yīng)用開(kāi)發(fā)，促使各種業(yè)務(wù)需求得到滿(mǎn)足。

3 結(jié)束語(yǔ)

5G 移動(dòng)通信技術(shù)由自組網(wǎng)、多載波等各種通信技術(shù)組成，能夠在保證通信網(wǎng)絡(luò)傳輸高效性的同時(shí)，使網(wǎng)絡(luò)性能得到持續(xù)優(yōu)化。伴隨著技術(shù)不斷開(kāi)發(fā)，5G 網(wǎng)絡(luò)性能未來(lái)將得到不斷提升，使能耗高的問(wèn)題得到逐步克服，并通過(guò)與智能技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新，充分展現(xiàn)5G 技術(shù)的開(kāi)發(fā)潛能。