5G通訊的技術(shù)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

陳澤宇

（興安盟微波管理站，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

5G通信技術(shù)就是第五代通信技術(shù)，比4G無線通信技術(shù)更加穩(wěn)定、更加安全、延遲更低、傳輸速度更快，目前已經(jīng)對(duì)諸多的行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，其中在通信領(lǐng)域是主要的研究方向。

1 5G通信技術(shù)概述

當(dāng)前的5G通信技術(shù)是在4G基礎(chǔ)上發(fā)展而來，具有傳輸速度快、傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)體系的革新、資源利用率的提升和無線傳輸頻率的提高。具體說來：首先，利用無線傳輸技術(shù)可以在4G技術(shù)基礎(chǔ)上提升資源利用率將近10倍；其次，可以對(duì)毫米波、可見光、高頻段等頻率資源進(jìn)行開發(fā)和利用，所以說隨著5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，極大的促進(jìn)了我國(guó)通信行業(yè)的發(fā)展，并且該技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效結(jié)合，進(jìn)一步提升了社會(huì)生產(chǎn)力。不過5G技術(shù)的利用也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，主要是在傳輸速度提升的同時(shí)，用戶的資費(fèi)將會(huì)上升，影響到對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的推廣，所以今后在利用5G通訊技術(shù)的過程中要想提升傳輸信息總量，需要耗費(fèi)大量成本，因此各大運(yùn)營(yíng)商在今后的研究中要以控制成本為主要出發(fā)點(diǎn)[1]。

2 5G通信技術(shù)分類

2.1 稀疏碼多址接入技術(shù)

該技術(shù)在5G通信技術(shù)中十分重要，主要體現(xiàn)為增加通信過程中的信息量，可以保證原有各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不變，在此基礎(chǔ)上增加信息含量。此外，借助稀疏碼多址技術(shù)能夠分開處理不同的通信數(shù)據(jù)，比如處理視頻通信技術(shù)的過程中，聲音與影像可以分層處理，在不同頻段中穩(wěn)定輸出，進(jìn)而促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。

2.2 大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)

MIMO技術(shù)（大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)）對(duì)密集型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的利用可以提升數(shù)據(jù)流量，以往的多輸入多輸出技術(shù)利用多根天線和設(shè)備協(xié)作，如果網(wǎng)絡(luò)不能全面發(fā)布，相關(guān)數(shù)據(jù)可以借助網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及設(shè)置戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃解決這一問題，而通過增加天線數(shù)量也可以達(dá)到提升通訊系統(tǒng)容量和傳輸穩(wěn)定性的目標(biāo)。而實(shí)際傳輸效果還有很大提升空間，利用大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)可以增加端口數(shù)量，讓基站終端設(shè)備共同向多個(gè)用戶服務(wù)，而天線傳輸可以單項(xiàng)進(jìn)行，不過大規(guī)模輸入輸出技術(shù)會(huì)導(dǎo)致相鄰天線存在導(dǎo)頻污染。因此今后需要繼續(xù)對(duì)這一技術(shù)加強(qiáng)研發(fā)。隨著智能手機(jī)的普及，以及對(duì)傳輸信息質(zhì)量要求的提升，4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸不能滿足人們的要求，而5G技術(shù)利用毫米波可以讓傳輸速度提升近千倍[2]。

2.3 D2D技術(shù)的利用

這種技術(shù)的出現(xiàn)主要是對(duì)蜂窩系統(tǒng)起到優(yōu)化作用，增加了流量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)資源的精簡(jiǎn)，進(jìn)而促進(jìn)了5G通信技術(shù)的發(fā)展。此外，對(duì)D2D技術(shù)的利用可以降低外界因素帶來的不利影響，實(shí)現(xiàn)信息傳輸效率的提升，也達(dá)到了降低傳輸成本的目標(biāo)，D2D技術(shù)利用時(shí)關(guān)鍵在于處理好通信即時(shí)性與無線資源管理之間的關(guān)系。

2.4 同時(shí)同頻全雙工技術(shù)

由于無線通信設(shè)備利用相同的頻率可以同步發(fā)射與接收信號(hào)，使得無線通信鏈路頻譜效率提升一倍之多，目前利用的主要是單工通信或者半雙工通信，對(duì)5G技術(shù)的利用讓頻譜利用率提升近一倍，主要是借助數(shù)字干擾消除和射頻干擾消除實(shí)現(xiàn)。

3 5G通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 多普勒效應(yīng)

在5G通信技術(shù)發(fā)展過程中會(huì)出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，主要是通信系統(tǒng)提升傳輸速度的過程中縮減了傳輸目標(biāo)和電磁波間的速度差，隨著波數(shù)提升、波長(zhǎng)縮短，有效提升了通信波的傳輸頻率，但是波長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定[3]。

3.2 建筑因素的影響

當(dāng)前城市高層建筑數(shù)量越來越多，其中建筑內(nèi)部的多種剛才會(huì)影響通信信號(hào)，5G通信技術(shù)利用毫米級(jí)的波長(zhǎng)傳輸信號(hào)，盡管速度更快，但缺乏穿透力，容易受到多種因素影響。為解決這一問題當(dāng)前需要增加基站數(shù)量，通過縮短5G基站間的距離，達(dá)到提升傳輸效率的目標(biāo)，不過在建立基站的過程中，也會(huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)的成本增加。

3.3 網(wǎng)絡(luò)頻段和網(wǎng)速問題

在開發(fā)5G通信技術(shù)之前多數(shù)網(wǎng)絡(luò)頻段已經(jīng)被占用，所以目前5G通信技術(shù)可利用頻段數(shù)量較少，稀疏碼多址接入技術(shù)在其發(fā)展過程中還會(huì)出現(xiàn)頻段污染情況，雖然5G通信技術(shù)可以有效提升通信速度，不過連接終端數(shù)量的增加也對(duì)發(fā)展帶來一定壓力。5G通信技術(shù)相較于4G通信傳輸速度可提升近百倍，不過移動(dòng)通信設(shè)備數(shù)量的增加，也使得信息傳輸速度無法滿足大規(guī)模設(shè)備的需要，因此還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

4 5G通信技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

4.1 頻段數(shù)量較少

在發(fā)展5G通信技術(shù)的過程中，存在著頻段數(shù)量較少的問題，目前解決這一問題的方法是重復(fù)利用低頻段。為了避免通信期間受多頻段影響，5G通信系統(tǒng)需要對(duì)新的頻段開通，或者利用其他頻段進(jìn)行信息傳輸，以此對(duì)不同頻段進(jìn)行合理利用，比如遠(yuǎn)程視頻通話期間可以利用無罪通信技術(shù)傳輸畫面，然后利用4G通信技術(shù)對(duì)部分聲音傳輸，以此減輕無知通系統(tǒng)到傳輸壓力，利用這種聲音和畫面同步傳輸和相分離的路徑可以達(dá)到良好效果。

4.2 通信系統(tǒng)容量

在今后的5G通信技術(shù)發(fā)展過程中，主要是利用毫米級(jí)的電波進(jìn)行傳輸及尺寸為30-300MHz，波長(zhǎng)為1-10毫米，而5G毫米波主要為24-100MHz的波段，對(duì)于毫米級(jí)的電波來說，利用過程中存在著信號(hào)傳輸損耗較大的問題，并且容易受到攔截，也會(huì)受到大氣等介質(zhì)的影響，最終影響信號(hào)傳輸效果。因此今后需要加強(qiáng)與氣象局合作，通過分析大氣層和降水量等氣象因素，計(jì)算出電波傳輸中的損耗，并且預(yù)測(cè)傳輸距離，以此提前制定預(yù)防措施，避免各種因素的影響[4]。

4.3 做好成本控制工作

在5G通信技術(shù)發(fā)展期間，隨著技術(shù)的進(jìn)步也不可避免的出現(xiàn)研發(fā)成本增加問題，再如前期招標(biāo)成本、設(shè)備成本、材料成本、維護(hù)成本，都是行業(yè)發(fā)展必須面對(duì)的問題，所以通信企業(yè)盈利會(huì)受多種因素影響。目前5G通信技術(shù)已經(jīng)顯示出其顯著優(yōu)勢(shì)，如果依然沿用現(xiàn)行的收費(fèi)方式，網(wǎng)速過快必然導(dǎo)致更多費(fèi)用出現(xiàn)，因此還需要5G通信技術(shù)的研究企業(yè)分析如何做到提速降費(fèi)。

4.4 終端設(shè)備的性能

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)深刻影響人們生活的背景下，移動(dòng)終端正向著多元化智能化，便攜式的方向發(fā)展。未來聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量將成倍增長(zhǎng)。從用戶的角度講，為了滿足其碎片化需求。需要不斷提升服務(wù)商的服務(wù)水平。今后需要對(duì)終端設(shè)備的芯片、射頻技術(shù)、電池壽命等繼續(xù)深入研究。目前在5G硬件中電池是研發(fā)難點(diǎn)，長(zhǎng)期以來電池技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，主要是受到電池自身體積的影響，所以今后需要繼續(xù)研發(fā)出體積小的電池，進(jìn)而為多種硬件設(shè)備使用提供便利。

5 總結(jié)和展望

在網(wǎng)絡(luò)信息飛速發(fā)展的今天，5G技術(shù)有著無與倫比的優(yōu)勢(shì)，尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以為人們展示出超高速場(chǎng)景，進(jìn)而為移動(dòng)寬帶用戶提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入，同時(shí)還支持大規(guī)模人群，進(jìn)而為高密度人群地區(qū)提供優(yōu)質(zhì)的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)。再如超可靠的實(shí)時(shí)連接可以為用戶選擇商品提供保障，而物物通信的環(huán)境下利用傳感器機(jī)器類設(shè)備可以處理多樣化的設(shè)備通信。今后隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)誕生更多新興的職業(yè)，提升社會(huì)發(fā)展活力。目前國(guó)際電聯(lián)把5G應(yīng)用場(chǎng)景劃分為物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)兩大類，不僅可以支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，還可以解決機(jī)器的無線通信需求，比如發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。目前看來5G網(wǎng)絡(luò)憑借其傳輸速度快、延遲低、功耗少等優(yōu)勢(shì)可以為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供有力支持，真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，讓每平方公里近100萬(wàn)臺(tái)設(shè)備實(shí)時(shí)連接在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景中，主要涵蓋智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、資產(chǎn)跟蹤、能源監(jiān)控、智能家居、遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)體基礎(chǔ)設(shè)施，在海量互聯(lián)網(wǎng)下可以進(jìn)一步提升人們的生活品質(zhì)[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在5G正式投入使用之前，社會(huì)上就已經(jīng)對(duì)其研發(fā)和使用性能給予了高度關(guān)注，我國(guó)華為公司已經(jīng)具備自主研究5G手機(jī)芯片的能力，從而打破了美國(guó)一家獨(dú)大的局面，目前已經(jīng)在全球諸多國(guó)家中建立了4萬(wàn)個(gè)5G基站，今后我國(guó)將會(huì)繼續(xù)加對(duì)在5G技術(shù)的研究，為世界發(fā)展作出貢獻(xiàn)。