5G 移動通信網絡技術及未來發展趨勢分析

宋璽藝，鄭 博，路彩玲

（中國石油長慶石油勘探局有限公司 通信處，西安 710016）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高和網絡的普及，人們對網絡的速率要求也在不斷提高，4G 移動通信網絡技術的速率已經很難滿足當前人們對網絡的需求。5G 移動通信網絡技術是時代發展的產物，也是未來移動通信網絡發展的必然趨勢。5G 的通信速率有了質的飛躍，突破了許多4G 技術的限制，5G 在移動端的應用已經成為主要的方向。5G 中的核心技術是各個國家都在爭相研究的主要內容，其對于國家的通信技術發展和國家信息安全都有著重要的作用。

1 5G 的核心特征

“5G”是第五代移動通信技術的簡稱，是當前最新一代的蜂窩移動通信技術，是4G、3G、2G移動通信技術的拓展和延伸，各個方面的性能都有了很大的提升。5G 具有數據速率高、延遲較低、節約能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接等優點。在2019 年10 月，我國移動、聯通、電信三大運營商都公布了5G 商用套餐，這在我國5G 技術發展過程中具有里程碑的意義。5G 在用戶體驗功能上擁有更大的質量提升效果。5G 最明顯的優勢就是信息數據的下載、傳輸速率更快，且融入了現代的虛擬現實技術和傳輸變通技術，使得5G 各方面性能都得到了強化和提升。4G 技術的信息輸送形式以點對點傳輸為主，雖然4G 技術能夠支撐和滿足當前大部分移動網絡用戶的需求，但是隨著時代的發展，4G 這種點對點的傳輸形式必將被5G 所取代，通過5G 的多點傳輸技術，提高移動通信網絡整體的傳輸速率。目前，世界范圍內的手機廠商基本都開通了5G 移動通信網絡服務，以華為、蘋果、三星為代表的大型手機企業，在5G移動通信網絡市場中的競爭更加激烈。經過技術人員的測試和推算，5G 理論上的最大傳輸速度可以達到10 Gbps，即125GB/s，比電腦硬板、手機閃存的讀寫速度都要快［1］。

2 5G 中的關鍵技術

5G 作為未來移動通信網絡中最主要的技術，是國家要重點投入研究的領域，必須掌握其中的關鍵技術，才能夠保證我國的5G 不會受制于人，對于國家發展具有重要的意義。以華為企業為例，華為一直以來都積極參與5G 標準競爭，在世界范圍內的5G通信專利數量也處于領先的地位，日本運營商軟銀、法國運營商Orange 以及美國等國家的運營商以華為存在網絡安全問題為由明確表示，不會再與華為合作5G 相關的研發，可以看出5G 移動通信網絡中關鍵技術對于一個國家的發展所具有的重要意義。下面就5G 移動通信網絡中一些核心技術進行分析。

2.1 互聯網技術

4G 已經具有較高的速率和活動功能，但5G 作為4G 的升級版，在互聯網信息數據的傳輸速率上有著巨大的提升，在互聯網技術層面有著更高質量的綜合提升。傳輸技術復雜化和智能化是5G 提升的重要表現。5G 在發展過程中，有些技術人員表示在預期內的自組織網絡（Self-Organizing Network，SON）技術無法起到穩定協同的作用。但是，經過我國5G 移動通信網絡研發技術人員的不斷研究與試驗發現，對無限傳輸參數進行優化后可以使其整體出現自動愈合的狀態，從而使5G 移動通信網絡也間接地改良宏站覆蓋區域中的低功率節點。所改良的這些節點可以在固定密度的狀態下形成穩定的連接網絡，從而形成了研究人員所定義的超密集異構網絡。互聯網技術是5G 中的核心部分，只有實現了互聯網技術的創新與突破，才能夠升級5G，從而使5G 獲得更好的發展。

2.2 無限傳輸技術

無限傳輸技術是5G 中的重要組成部分，當前我國的5G 中無限傳輸技術主要可以分為兩類。

2.2.1 MIMO 無限傳輸技術

多進多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）無限傳輸技術通過在發送端和接收端使用多根天線，在收發之間構成多個信道，可以極大提高信道容量。MIMO 具有極高的頻譜利用效率,在對現有頻譜資源充分利用的基礎上通過利用空間資源來獲取可靠性與有效性兩方面增益，其代價是增加了發送端與接收端的處理復雜度。MIMO 無限傳輸技術可以在同一個頻率內為不同的信息接收對象提供支持，并降低信息傳遞過程中所受到的干擾，提高傳輸效率。大規模MIMO 技術采用大量天線來服務數量相對較少的用戶,可以有效提高頻譜效率。

2.2.2 全雙工技術

全雙工技術在我國運營商的雙向通信范圍內應用，與4G相比，在理論上全雙工技術具有絕對的優勢。4G 只能夠在同一頻率上以固定的形式進行信號發射，所配備的網絡接收站會受到許多影響，整體的信息傳輸速率較低。全雙工技術的實裝和應用能夠使5G 的傳輸速率得到進一步提升［2］。

2.3 D2D 技術

D2D（Device-to-Device）技術是5G 的核心技術之一，D2D技術是解決終端設備和基站通信問題所應用的通信技術，能夠有效提高用戶通信網絡的質量，解決了4G 中數據傳輸流量浪費情況嚴重的問題。D2D 技術的研發目的是解決蜂窩數據連接問題，降低用戶之間的距離對信息傳輸速率的影響，進而提高用戶設備之間信息傳輸的速率。D2D 的耗能較小，且通信距離較長，信號較為穩定，還具有很高的安全性，對于5G 的發展具有重要的影響。

2.4 超密集異構網絡技術

超密集異構網絡技術是基于超密集網絡技術上發展而來的新型技術，對于5G 的發展起到了重要的推動作用。5G 是未來通信技術主要的發展方向，人們對信息的需求量在不斷增加，近年來，移動數據流量的增長十分迅速，小區半徑參數減小、低功率節點數量也在不斷增加。超密集異構網絡技術可以實現對大規模節點的寫作，這正是5G 所需要的技術，因此未來5G 的研發人員要考慮到不規則形狀網、小區的邊界數量等問題，要積極引入網絡動態部署技術，提高5G 移動通信網絡結構的整體質量和水平。

2.5 自組織網絡技術

在5G 移動通信網絡系統中，技術人員不僅要做好網絡部署工作，還應關注5G 移動通信網絡的運行情況，保證5G 移動通信網絡可以在最佳的狀態下運行。5G 移動通信的網絡結構較為復雜，無線接入技術具有多樣性，不同網絡節點的覆蓋能力也有著很大的差別。因此，在自組織網絡技術的應用中，要有效解決5G 中網絡部署和配置問題，使5G 移動通信網絡能夠實現自我優化，再結合相關的技術，對5G 移動通信網絡運行中的故障進行排查和分析，從而降低5G 移動通信網絡的運行和維護成本，提高網絡故障的解決效率，為用戶提供更高質量的5G 移動通信網絡服務［3］。

2.6 毫米波通信技術

毫米波通信技術是微波高頻技術和光波低頻技術的延展性應用。在當前我國通信網絡發展中，投入使用的頻段資源較少，主要集中在6 Hz 以下。毫米波資源較為豐富，潛在的開發空間和利用空間較為廣闊，在實際開發與應用過程中，通過將毫米波與通用移動通信技術的長期演進（Long Term Evolution，LTE）和緊急需求指示器（Urgency of Need Designator，UND）進行重疊，能夠充分發揮出毫米波的技術優勢，并采用增加天線數量、控制毫米波長的方式能夠取得良好的應用效果。現如今，我國部分科研人員已經開展將毫米波通信技術與MIMO 技術進行結合，從而使容量空間得到了一定的擴大，使得通信網絡的使用效率進一步提升，能夠提高5G 技術的數據下載速度。

3 5G 未來發展趨勢分析

5G 主要在手機、平板電腦等移動設備中應用，而且隨著時代的進步，人們在移動設備上已經不是進行簡單的信息收發，而是需要進行多項復雜的網絡活動，人們對信息數據傳輸的速率要求越來越高，各種高質量的圖片、音頻、視頻等需要在瞬間內完成傳輸，才能夠滿足人們的移動網絡需求［4］。5G 已經被稱為“時代發展的必然產物”和“未來移動通信的必然發展趨勢”。但是從實際應用情況來看，5G 還存在許多欠缺，其應用價值還沒有被完全開發出來。也就是說，5G 目前還處于研發時期，需要經過技術人員的不斷研究與實踐，才能夠進一步開發出5G的全部功能，最大化發揮5G 的優勢。結合我國過去幾十年中移動網絡通信的發展歷程來看，5G 的應用還有很長的一段路要走。5G 要通過網絡優化的形式來減少人工成本，還需要解決網絡節點覆蓋能力不均衡的技術問題。目前，我國在5G 領域已經取得了許多重要的科研成果，整體科研水平走在世界前列。5G 技術作為未來能夠改變通信網絡基本模式的重要技術，我國在這一方面已經實現彎道超車。未來持續增加對5G 技術的研究，能夠全面促進我國通信網絡技術水平提高，是提高我國綜合國力的必要舉措。

4 結語

5G 的發展前景非常廣闊，因此需要技術人員進行不斷的研究與探索，從而促進5G 更好地應用，為社會群眾提供更好的移動通信網絡，同時保障我國的通信安全，使我國在5G 方面能夠走在國際前列。