5G通信技術(shù)的介紹及未來的發(fā)展趨勢

謝雨岑 李森

摘 要 如今4G技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了我們的生活之中，大部分國家都已覆蓋了4G技術(shù)，這使得人們目前有了越來越多獲取信息的途徑。在4G之上，如今也出現(xiàn)了5G通信的技術(shù)，這也是如今最高級別的通信技術(shù)，相較于4G，5G在頻譜利用率上面有了大幅度的提高，如今它也能滿足現(xiàn)在人們對于網(wǎng)速的需求和對于通信技術(shù)更高要求的體驗，可以預(yù)見在未來，5G技術(shù)可以很大程度地改變?nèi)藗兊纳罘绞剑疚囊?G技術(shù)的介紹和其未來的發(fā)展趨勢為課題，對現(xiàn)有5G移動通信技術(shù)進行分析和探討，引申出5G的發(fā)展趨勢，以此來為我國的通信技術(shù)提供理論的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 5G 通信技術(shù) 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）04-0007-02

1 5G通信技術(shù)簡介

5G，顧名思義，即第五代蜂窩移動通信技術(shù)，相比于4G，它具有更高的帶寬以及更快的網(wǎng)速，5G移動技術(shù)也對未來的互聯(lián)網(wǎng)還有物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前，5G數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要是依托數(shù)字結(jié)構(gòu)層來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集、提取和監(jiān)控。當前5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)字結(jié)構(gòu)層主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)層，準確采集數(shù)據(jù)信息，對通信狀況進行全方位監(jiān)控，理應(yīng)重視優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化結(jié)構(gòu)層。感知層是數(shù)字結(jié)構(gòu)中的最底層，多對應(yīng)應(yīng)用環(huán)境部署的終端網(wǎng)絡(luò)，涉及多個模塊。其中，傳感模塊主要功能是對通信狀況進行感知和提煉采集，該系統(tǒng)配置中安裝了日益成熟的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及安防報警設(shè)備。系統(tǒng)內(nèi)部所部署的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息是NB-IoT通信模塊的核心任務(wù)之一，等到這一模塊接收網(wǎng)關(guān)所下單的指令后立刻做出響應(yīng)，然后按照標準要求完成數(shù)據(jù)信號的及時上發(fā)操作。NB-IoT通信模塊采用的是移動BC-35G，為真正實現(xiàn)全網(wǎng)通就需要借助BC28內(nèi)核，能夠為多頻段信號傳輸提供充足的支持，優(yōu)點主要表現(xiàn)為體積小、功耗低、性能高。

網(wǎng)絡(luò)層所應(yīng)用的NB-IoT技術(shù)可以增加最大的鏈路預(yù)算是20dB，其覆蓋面積也會擴大100倍，與此同時，在基站單扇區(qū)，能得到支持的UE連接多達5萬個以上，因此，能對整個通信狀況進行全方位監(jiān)控。

數(shù)據(jù)層系統(tǒng)可以充分利用OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺，這是一個專門在接收、處理數(shù)據(jù)時所利用的開放平臺，平臺定位于PssS，短時間內(nèi)所搭建的應(yīng)用系統(tǒng)相對比較安全、穩(wěn)定，能夠支持多種標準的設(shè)備接入，在開發(fā)SDK時支持多種語言。為提高整個系統(tǒng)的安全性能，就需要使用專門的CoAP協(xié)議所使用的DTLS加密通道，確保能夠信息收集管理工作的安全性。

網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可分為以下四種無線網(wǎng)絡(luò)終端組網(wǎng)拓撲方式：

第一，總線型拓撲結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)組合簡單，部署靈活。當代總線型拓撲結(jié)構(gòu)可以按照同一個信道與多個終端相連接，同時，為總線上相接每個終端，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為成本低、連接方式簡單，便于更好地讓交互終端之間的信息與共享信息。但是，這一結(jié)構(gòu)也存在許多不足，諸如信號傳輸與交互過程中會相互影響、信息傳送存在延時、故障診斷困難、隔離維護工作難度較大、很容易導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

第二，樹型拓撲結(jié)構(gòu)。這種拓撲結(jié)構(gòu)是以總線型拓撲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，加入適當?shù)姆种В种ЫY(jié)果具有對稱性。這種結(jié)構(gòu)能夠有效解決總線型拓撲結(jié)構(gòu)所具有的弊端，但是無法充分地共享節(jié)點間的信息，還會影響系統(tǒng)的正常運行。

第三，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。這種拓撲結(jié)構(gòu)明顯不同于其他三種拓撲形式，簡而言之，該結(jié)構(gòu)屬于一種特殊的閉合型拓撲結(jié)構(gòu)，它在與各個終端相連接的過程中能夠充分借助所有環(huán)形通道，將請求信息發(fā)送給任何終端，而信息接收則交給其他終端負責，以此能夠雙向傳輸環(huán)形網(wǎng)中的各種數(shù)據(jù)。值得一提的是，一旦在這個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點出現(xiàn)故障，就會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓，穩(wěn)定性效果不佳。

第四，星型拓撲結(jié)構(gòu)。這種拓撲結(jié)構(gòu)所采取的組網(wǎng)形式就在于從中央的節(jié)點向外輻射的終端，借助中央節(jié)點就能夠?qū)ζ渌K端通信實現(xiàn)集中控制與管理，無須通過選擇路由器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，如果某個終端出現(xiàn)故障，也便于查找和維護，因此不會給其他終端的工作造成干擾，為更加良好地擴展工作提供便利。然而，因為中央節(jié)點的工作流程較為復(fù)雜、作業(yè)量大，因此對標準性能提出了很高的要求。

2 5G通信技術(shù)的特點

當前，在我國通信行業(yè)的演進歷程之中，我國依次經(jīng)歷了“2G跟蹤，3G同步，4G突破”等方面的各個階段，5G即第五代移動通信技術(shù)的研發(fā)和成果，這個是在傳統(tǒng)的通信技術(shù)之下，跳出了單一的傳統(tǒng)通信技術(shù)，使之能夠有效結(jié)合起來的一種綜合引用技術(shù)，5G在信息傳播的速度上具有先天的優(yōu)勢，在資源的利用上也有著前所未有的移動效果，所以5G技術(shù)的出現(xiàn)，標志著一個更快、更便捷的網(wǎng)絡(luò)時代正在來臨[1]。

5G技術(shù)有以下五項基本特征：

（1）5G通信技術(shù)研究在實現(xiàn)技術(shù)升級的同時非常重視為用戶提供良好的體驗，提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐速率，改善傳輸時延和虛擬現(xiàn)實效果，將3D與交互式游戲等新興移動業(yè)務(wù)納入判斷5G系統(tǒng)性能的重要指標。

（2）當代5G通信技術(shù)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)模式下的移動通信技術(shù)系統(tǒng)，目前，5G系統(tǒng)研究不僅能為點到點的物理層傳輸和信道編譯碼，以此為核心技術(shù)目標，而且會將更為廣泛的多點范圍、多個用戶、多天線與多小區(qū)進行協(xié)作組網(wǎng)，以此為突破重點，進一步完善體系構(gòu)架，全面優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能，大幅度提高網(wǎng)絡(luò)速率。

（3）5G通信技術(shù)系統(tǒng)中的高頻段頻譜資源應(yīng)用更為廣泛，進一步改善了技術(shù)功能。不可忽視的是，因為受到高頻段無線電波穿透能力的限制，所以會采用無線和有線相融合的模式以及光載無線組網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)傳輸。

（4）在室內(nèi)，移動通信業(yè)務(wù)處于主導(dǎo)地位，5G技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計目標是無線覆蓋性能和業(yè)務(wù)支撐能力設(shè)置，這樣能夠使傳統(tǒng)模式下的移動通信系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)變與升級，符合“以大范圍覆蓋為主、兼顧室內(nèi)”的設(shè)計理念。

（5）在未來，5G通信技術(shù)的主要研究方向是可實現(xiàn)“軟”配置的無線網(wǎng)絡(luò)，運營商會結(jié)合業(yè)務(wù)流量的動態(tài)變化對網(wǎng)絡(luò)資源實時調(diào)整，從而使網(wǎng)絡(luò)運營的成本和能源消耗得以有效降低。

3 涉及到5G通信的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)即多天線技術(shù)，該技術(shù)是由多個天線鏈路組合而成，因而，該項技術(shù)組合需要各種原件，其接收設(shè)備與發(fā)射機也有多個專業(yè)配套。接收天線能夠在設(shè)備上面實施分布，布置流程非常簡便。相對而言，天線的數(shù)量越多，其頻譜效率與可靠性的提升愈加明顯。在組裝發(fā)射天線時，必須進行集中或者實施分布排列。其次，多天線技術(shù)不僅能夠去除本身的MIMO，而且可以有效提升高頻譜利用效率，并降低能耗。另外，5G移動通信技術(shù)能運用較為簡單的方法解決實際應(yīng)用中的問題，通過利用多天線技術(shù)對設(shè)計進行簡化，實施信號分散，從而有效提升時間與頻譜利用率。

3.2 同時同頻全雙工技術(shù)

同時同頻全雙工技術(shù)不僅能夠提升頻率資源的利用率，而且能夠在同一時間接收到來自一條物理信道上的兩個不同方向的數(shù)據(jù)信號。其次，同頻全雙工技術(shù)能夠在同一時間完成信號發(fā)射與同頻數(shù)據(jù)信息接收工作，有效解決來自通信雙工節(jié)點自身發(fā)射機信號所產(chǎn)生的干擾問題。此外，同時同頻全雙工技術(shù)可以實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡(luò)的快速應(yīng)用。當5G通信用戶和應(yīng)用流量迅速增加，在傳統(tǒng)組網(wǎng)模式無法滿足相關(guān)需求，就需要借助同時同頻全雙工技術(shù)來實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的接收與傳輸，為用戶提供良好的體驗。

3.3 D2D通信

D2D英文全稱是Device-to-Device，即終端直通技術(shù)，該技術(shù)主要是指實現(xiàn)兩個對等的用戶節(jié)點之間的直接通信，屬于一種良好的通信方式。目前，在由D2D通信用戶所組成的分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各用戶的節(jié)點均可以實現(xiàn)信號的發(fā)送與接收，同時兼具自動路由（轉(zhuǎn)發(fā)消息）功能。其次，通信網(wǎng)路的參與者會共用一部分硬體資源，像信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)路連接能力等。所有共用資源能夠為網(wǎng)路提供更為良好的服務(wù)和資源，同時，能為其他用戶提供直接訪問權(quán)限，無須經(jīng)過中間實體。另外，在D2D通信網(wǎng)路體系中，用戶節(jié)點兼具伺服器與客戶端的雙重角色，用戶可以了解彼此的存在，自動組織成一個虛擬或者實際的群體[2]。

4 5G通信技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

5G是目前最前沿的移動通信技術(shù)，其未來會朝著兩個方向去發(fā)展，一個是互聯(lián)網(wǎng)方向，另一個是物聯(lián)網(wǎng)方向。目前5G移動通信技術(shù)已經(jīng)成為了世界通信領(lǐng)域都在研究的對象，我國也早在2013年就已經(jīng)成立了5G移動通信技術(shù)研究的小組，以此來更好地適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的高速發(fā)展。

在互聯(lián)網(wǎng)方面，隨著移動通信技術(shù)的進一步發(fā)展，相較于2G、3G、4G，在5G移動通信技術(shù)的背景下，網(wǎng)絡(luò)通信的整體環(huán)境在未來會更加科學、合理，這必將會帶動一大批移動業(yè)務(wù)和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，而要支撐這些移動業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，就必須要有相對應(yīng)的移動網(wǎng)絡(luò)，這也將會是衡量5G移動通信技術(shù)的重要標準之一，例如移動和聯(lián)通等大型運營商就相繼推出了“5G+”“5Gn”等戰(zhàn)略規(guī)劃，牢牢地抓住了5G的產(chǎn)業(yè)鏈，將其與4G的業(yè)務(wù)牢牢地結(jié)合了起來，起到了應(yīng)有的效果[3]。

在物聯(lián)網(wǎng)方面，也出現(xiàn)了很多新的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是物體與物體之間實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)機制，它能夠讓物體走向“智能化”的特點。此項技術(shù)可以實現(xiàn)許多以前人們曾經(jīng)幻想過的事情，比如自動駕駛功能，最典型的便是華為最近就在許多新能源汽車之中配置了自動駕駛技術(shù)，并且也在網(wǎng)絡(luò)上流傳了相關(guān)的視頻，視頻里駕駛過程十分流暢，成熟度也非常高。業(yè)界也將自動駕駛劃分為了L1-L5這5個級別，現(xiàn)今的技術(shù)已經(jīng)能達到L2等級，已步入了智能化的領(lǐng)域，相信在不久的將來，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，自動駕駛技術(shù)也能夠迎來一個質(zhì)的飛躍。

5 結(jié)語

隨著科技的不斷進步，我相信在不久的將來，5G技術(shù)必將走向發(fā)展成熟的那一個時刻，到時候一定會有許多因為5G技術(shù)而誕生的新興產(chǎn)物等待我們?nèi)ヒ娮C，遙想4G為我們帶來了二維碼和直播產(chǎn)業(yè)，使我們的生活多了更多的便利和樂趣。未來的5G也是如此。未來的5G一定會被廣泛地應(yīng)用，并普及到每一個角落這是時代的改變也是對我們用戶的最大福利。

參考文獻：

[1] 師偉倫.5G無線通信技術(shù)概念及其應(yīng)用[J].科學大眾， 2020（02）：53-53.

[2] 劉磊.5G移動通信技術(shù)及發(fā)展趨向之研究[J].卷宗，2019， 09（05）：245.

[3] 陳高強，林曉君，俞利光.基于5G移動通信技術(shù)的射頻重點技術(shù)研究[J].中國新通信，2020，v.22（08）：22.