5G移動通信網絡關鍵技術及研究

容經雄

【摘要】 ? ?近年來，無線網絡通信技術的發展速度不斷加快，4G通信技術已逐漸走向成熟，在此背景下，各個國家都開始著手于針對5G移動通信技術的研究?，F階段，我國在5G移動通信技術方面所進行的研究已經走到了世界前列，在和其他國家的競爭中有著明顯優勢。為了進一步推動5G移動通信網絡技術的發展，使其能夠在各行各業中的應用發揮更大作用，本文結合實際情況，針對5G移動通信網絡當中的關鍵技術展開了深入研究，希望能夠推動5G移動通信網絡技術在今后的發展與應用。

【關鍵詞】 ? ?5G ? ?移動通信網絡 ? ?關鍵技術

引言：

經過數十年的發展，移動通信網絡技術取得了非常大的進步，從剛開始的2G、3G、4G直到當前的5G，每一代技術都經過了一個周期的發展。雖然已經發展了數十年，無論是數據傳輸的速率還是穩定性都有了極大的提高，但在信息時代下的今天，移動信息服務依舊面臨著非常嚴峻的挑戰。所以，對5G移動通信關鍵技術所進行的研究是非常有必要的，并且在今后的幾年當中，5G將會逐漸徹底的替代4G，成為新一代的主流移動通信技術。現階段，各國針對5G技術的標準還未形成明確的定義，所以，無論是國內還是國外都在探索針對于5G通信的革命性技術和具體的標準。在今后，5G技術的數據傳輸率將會得到顯著提高，不但能夠實現對信息數據的高效傳輸，還能夠用各行各業智能化、自動化的發展。為了給5G網絡建設提供幫助，使用戶的體驗得到改善，本文針對5G移動通信網絡的關鍵技術進行了研究。

一、5G移動通信網絡概述

伴隨著4G移動網絡通信技術的不斷發展，移動通信網絡用戶的數量有了很大的提高，而人們對網絡速度的要求也變得越來越高，在此背景下，5G移動網絡通信技術應運而生。通過對5G移動網絡通信技術的應用，能夠使人們在通信速度方面的要求得到滿足，同時給用戶帶來更好的移動通信服務。作為全新的無線移動通信網絡，5G的主要作用就是滿足當前人們在移動通信方面的需求。隨著移動互聯網的迅速發展以及物聯網業務需求的迅速增長，當前對于移動通信網絡的要求也變得更高，而5G憑借自身所具有的成本低、安全可靠等的優勢而得到了廣泛應用，其傳輸效率提高了10到100倍左右，峰值傳輸速率可達10Gbit/s，端到端的時延顯著降低，流量密度提高了上千倍，在實際應用中，其可以在500km/h的速度下滿足用戶的體驗需求。通過對5G移動通信網絡的應用，將會使信息打破時間與空間方面的限制，使用戶的交互體驗得到極大的改善，并且還將使人與物間的距離變得更大，達到人和萬物互通互聯的目的。

二、5G移動通信網絡技術的優勢

2.1更高的網絡通信速率

針對于5G移動通信網絡技術所進行的研究是以4G技術為基礎而開展的，在近幾年發展的過程當中，我國4G技術逐漸走向成熟，在各個領域的應用當中發揮了巨大作用。所以，在5G網絡技術的發展上，我國有著比較堅實的基礎，這也為5G網絡技術的研究與發展提供了良好條件。經過長期的發展，社會生活的節奏相較于以往變得更快，移動通信網絡用戶對于技術的要求集中表現在了速率的提高上。造成這種情況的原因就是雖然4G網絡技術的速率和以往相比有了明顯提高，但依然還是無法滿足當前用戶越來越高的需求。用戶在對數據進行傳輸的過程當中，很多情況下都是于低信道頻段當中進行的，雖然可以確保傳輸的質量，同時也無需運營商耗費太多的成本用來對基站進行建設。但就實際來看，低頻資源的有限性將會對網絡用戶的接入造成很大的限制，不能夠給更多的用戶提供接入服務。和國外不同的是，在我國，資源頻段基本都是通過政府來分配的，而國外則需要由競爭來獲取。所以，當前我國所存在的一個問題就是對于低頻資源的分配沒有太多市場競爭規律的主導，這就對移動通信技術的發展造成了很大影響。現階段，4G網絡技術的載波頻率基本都在20MHz左右，在進行傳輸的時候，大都采用了多載撥碼分多址技術，以做到對眾多載波的聚合，使傳輸的速率變得更高。基于這樣的情況，在研發5G移動通信網絡技術的過程當中，同樣需要對高頻資源引起重視，盡可能的加強傳輸的速率，這也是MMO系統被提出與發展的重要基礎，通過高頻段資源來實現對信號的傳輸，就可以由波長較短而使天線的長度變短，這就可以減少對天線間距離方面所提出的要求，以使得基站能夠實現集成天線的相關設計。

2.2更大的容量

在物聯網的概念被提出以后，社會當中的各個領域都對其予以了高度的關注，但就目前來看，它的發展還存在一定的不足，還有著很大的發展空間，這是因為在移動終端的能耗和無線網絡覆蓋等方面都有著一定的限制而造成的，這就致使互聯網當下的應用領域還有一定的局限。考慮到終端方面的功耗問題是對物聯網發展存在影響的一個關鍵因素，所以，必須要盡可能的解決功耗方面所存在的問題。主要是因為終端在接入網絡的過程當中，將涉及到眾多節點，但部分終端在進行使用時沒有能夠二次充電的環境，所以，通常都僅僅是通過自身的電池來維持服務。為使此方面的問題得到解決，3GPP曾通過窄帶物聯網技術來控制終端使用的功率，減小網絡傳輸帶寬，并使得信號發射的功率變低，從而實現對電能的節省。雖然使得物聯網終端的實時性變得更低，但不會對它的實際應用帶來太大影響。所以，針對5G技術所進行的研究，就需要對此方面的成果予以關注，同時將此當作基礎來達到節能省電的目的。

2.3更低的移動網絡延遲

在使用了LTE網絡以后，移動網絡的延遲減小到了不到100ms，這就給網絡用戶提供了質量更好的網絡連接體驗，大大減小了網絡延遲對于用戶滿意度所造成的影響。隨著5G網絡技術的研發和應用，在使用LTE網絡的基礎上，使網絡的延遲得到進一步的減小，從而給移動通信網絡的發展提供更好的條件。因為LTE網絡內的一個TTI為1ms，而5G網絡技術在對幀結構進行優化設計的過程當中，通常是利用對所有子幀時域的縮短來實現物理上時延的降低。在實際應用中，5G網絡端到端的時延可以減小到4G網絡的十分之一，實現毫秒級的時延，可在450Km/h高速環境下做到穩定通信。

三、5G移動通信網絡關鍵技術

3.1大規模MIMO技術

在5G移動通信網絡技術當中，大規模MIMO技術是非常重要的一項技術，對于該技術的使用能夠使頻譜效率得到有效提高。就大規模MIMO技術來看，它也被叫做大型天線，主要就是在4G技術的基礎之上，通過多8根天線實現對最多成百上千根服務天線的使用，此技術的發展能夠使基站的多個用戶在同一時間實現即時通信。額外天線能夠使信號能量傳輸及接收整合于較小的空間當中，從而在同時對大量用戶終端進行調度的情況下，能夠得到更多的吞吐量并使得能源效率得到提高。大規模MIMO技術剛開始的設想主要為時分雙工操作，但還能夠應用到頻分雙工操作。在實際應用當中，該技術還有著使用元件成本較低、功耗不高等的特點，能夠使延遲變得更低，得到了用戶的廣泛使用，該技術的出現與發展使許多原本的問題都得到了解決，同時還給信息技術的發展與研究明確了方向。除此之外，在大規模MIMO技術方面，還有許多新的研究問題需要予以重視。如怎樣實現對大量低成本低精度部件的充分結合，在終端內怎樣對新加入的資源進行分配，如何針對額外的天線進行開發并提供服務，還有怎樣減小內部功耗來實現對總能耗的減小等。

3.2毫米波通信

毫米波的理論及技術分別是微波向高頻的延伸及光波向低頻的發展。當下世界上使用的頻段資源都是比較稀缺的，所采用的無線電信系統的頻譜大都不超過6GHz，而在毫米波頻段當中的資源卻很多，還沒有得到真正充分的開發與利用。所以5G會在9.9GHz～86GHz的范圍內進行全新的RAT技術研究，基于LTE技術來實現針對網絡廣域覆蓋的相關研究。9.9GHz～86GHz主要是作為超密集網絡，因此UDN層與LTE層是重疊覆蓋的，同時互操作耦合。伴隨著基站天線規模的不斷提高，可以在有限的空間當中部署更多天線也要求通線波長應當得到控制。在現階段，來自我國的貝爾實驗室在毫米波波段當中對大規模MIMO技術進行了運用，不但使容量得到了很大的改善，并且還提高了相關的效率。借助于峰值傳輸效率為50Gbps的原型機，貝爾實驗是中國在28GHz毫米波頻段當中達到了100bps/Hz的頻譜效率，它的傳輸效率能夠使用戶更加快捷的通過網絡進行下載，只要幾秒就能夠實現上百兆的數據傳輸。毫米波段通信技術的出現與發展為今后可觸式互聯網、低時延性虛擬現實和3D等的應用及研究提供了全新的方向。

3.3 D2D通信技術

在5G移動通信網絡技術當中，D2D通信實際上就是在設備間所實現的通信，它的主要作用就是使用戶的體驗得到改善，進一步加強用戶的使用質量。起初，D2D技術的目的就是要解決蜂窩網絡當中數據傳輸導致的流量大量增長的問題。自2013年開始，伴隨著5G的出現與發展，各國針對于D2D通信技術的研究也變得越來越多，時至今日，該技術已逐漸發展為5G的關鍵技術。現階段，該技術的發展早已從剛開始的通過基站協調來建立D2D通信發展為能夠以基站協調或基站完全不參與。許多國外的學者與專家也開始研究怎樣通過D2D設備當做中繼，以此來讓不在基站覆蓋范圍當中的設備同樣能夠接入到蜂窩網絡。相較于藍牙、WiFi等的各種，該技術所具有的一個主要特點就是其在蜂窩系統頻段當中運行，也就是通信的，雙方就算提高了通信的距離依舊可以維持用戶的體驗。并且D2D通信還具有著相較于其他傳輸設備更好的傳輸速率和時延性，和耗電比較高的WiFi相比，該技術還表現出了功耗低的優勢。目前的D2D通信主要包括了廣播、多播、單播的形式，所以相較于蜂窩移動網絡，它在調度方面有著更高的難度，并且還更加復雜，這也是當前需要重點關注的問題。和藍牙相比，在實際應用中，D2D通信距離更長且更加穩定，藍牙不但要用戶對終端配對密鑰進行手動的設置，并且其工作的頻段也不是授權頻段，通信的質量較低，同時缺乏穩定性，所以，伴隨著5G時代的到來，D2D通信技術將會顯得更加重要。

四、5G移動網絡通信技術的應用與發展

當前針對于5G所進行的研究越來越多，并且逐漸在各個領域當中得到了應用。具體來看，5G移動網絡通信技術的關鍵技術在今后的趨勢主要表現為：1.網絡層信息安全與隱私。當下的網絡層信息安全和隱患都是以傳統計算機網絡的聯系方法為基礎的，而5G在未來所使用的為無線通信技術，它和傳統分析方法存在明顯差異，所以如何在5G的時代背景下適合用戶隱私與終端安全相關的問題得到解決，將會是5G在未來的主要研究內容，并且針對編碼、時延性等的優化同樣也是研究的重點。2.深海地下高空的通信。3G和4G最明顯的不同就是在速度方面的提高，所以，5G應當重點關注的就是深海、地下、高空等的各種地區來提供更加順暢的數據傳輸。5G技術的開發及利用將會使上面原本所存在的通信難的問題得到解決，對于未來的探索探測有著很大幫助。3.納米通信。納米通信在近幾年當中實現了突飛猛進的發展，在微觀的角度上進行分析并通過它的特性來研究和5G相關技術的應用。部分學者認為要參考細胞與病毒傳播的機理來針對無線通信體制的設計進行研究，從而研究天線調制及容量分析等。

五、結束語

總而言之，在近幾年當中，伴隨著4G技術的發展與成熟，5G技術逐漸開始在各個領域當中得到普及。雖然當前5G技術還處在探索的階段，沒有徹底發展成熟，但其所表現出的作用與潛力都是巨大的。移動通信網絡的發展將會使人們的生活得到很大的改善，不但會推動社會經濟的發展，并且還會給人們的生活帶來更好的條件，所以，在今后一定要對5G移動通信網絡關鍵技術展開更加深入的研究。

參 ?考 ?文 ?獻

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