探究5G移動通信技術及其發(fā)展

董國梁

(兗州煤業(yè)股份有限公司信息化中心，山東鄒城，273500)

0 引言

網絡信息技術的不斷發(fā)展推動移動通信技術的深入和廣泛應用。盡管4G技術是當今移動通信應用的主導，可是5G移動通信技術業(yè)已取得了重大進展，我們迎來了5G時代。5G移動通信技術比4G移動通信技術具備更廣的網絡覆蓋面和更快的信息傳輸速率。為了有效地體現(xiàn)5G移動通信技術的應用價值[1]，務必持續(xù)拓展創(chuàng)新，密切聯(lián)系社會發(fā)展的步伐，不斷增強智能化技術能力，注重應用無線網絡技術、無線傳輸技術、智能化技術等一些5G的重要技術，有效地體現(xiàn)移動網絡的應用優(yōu)勢，以拓展通信事業(yè)發(fā)展的廣闊天地。

1 5G移動通信技術的發(fā)展優(yōu)勢

5G移動通信技術即第五代移動通信系統(tǒng)，5G技術跟其它無線技術的統(tǒng)一可以建設一個先進、一流的無線通信平臺。當今，人們的生活生產都緊密聯(lián)系無線通信，為了推動5G移動通信技術的進一步發(fā)展，應立足于固有基礎逐步體現(xiàn)其發(fā)展優(yōu)勢：一是應用效率顯著和應用水平持續(xù)提升。基于高效應用高頻段頻譜資源的影響下，無線寬帶、有線寬帶、光載無線組網等技術綜合滲透，因此，無線電波的穿透性顯著加強，推動其大大提高工作效率。二是信號傳輸質量和安全性提升[2]。相較于4G技術，5G技術具備尤為穩(wěn)定的信號傳輸質量和安全性，其中5G技術顯著提高了應用效能，隨著5G技術的不斷開發(fā)，其不但可以保留固有技術的優(yōu)勢，而且可以優(yōu)化常規(guī)的點對點式通信傳輸技術，從而很好地實現(xiàn)用戶的傳輸需求，實施多變、多點、多面的傳輸形式，進而實現(xiàn)移動通信系統(tǒng)綜合性能的強化。三是加強用戶體驗。當前應用5G移動通信技術可以很好地完善傳統(tǒng)移動通信技術傳輸速率慢、收費標準高、網絡穩(wěn)定性差的不足。其具備尤為穩(wěn)定的網絡和非常快的傳輸速度，以及收費標準會降低，從而可以讓消費者提高滿意度。四是設計理念的創(chuàng)新。傳統(tǒng)移動通信技術的一個重要發(fā)展趨勢是遠距離傳輸，然而，5G技術尤為重視短距離傳輸，即室內通信，從而可以顯著提升室內網絡信號傳輸效率，以及可以將全方位無線網絡覆蓋于室內，從而提升移動通信的高效性和便捷性[3]。此外，以設計理念作為視角探究，其可以對固有的4G設計理念進行延續(xù)，從而可以實訓用戶的多樣性需求。五是增加了聯(lián)網設備。針對移動通信技術而言，設備的接入數(shù)量直接影響其發(fā)展前景。針對以往的4G移動通信技術而言，其可以共同接入500多部移動設備，雖然由數(shù)據(jù)上而言，其規(guī)模非常大，但是因為用戶持續(xù)增加需求，其需要持續(xù)增加傳輸量。鑒于此，網絡整體受到的信號傳輸壓力較大。因此，只有升級技術才能夠推動通信技術的綜合發(fā)展，保障同步運行上千臺設備，且保障彼此不影響和不干擾，從而可以顯著地降低能源損耗和提升信息傳輸效率。六是其它環(huán)節(jié)的優(yōu)勢。5G技術在其它環(huán)節(jié)的優(yōu)勢表現(xiàn)在靈活性更強、網絡建設標準較低、網絡覆蓋率持續(xù)提高、性能指標越來越完善等。

2 5G移動通信的一些重要技術

2.1 高頻段傳輸技術

當今移動通信技術頻譜資源顯得尤為擁擠，這關鍵在于基于多頻段的制約，以及集中在3GHz中，然而高頻段中能夠應用的資源非常多，能夠對這些資源進行開發(fā)，可以設計如圖1所示的基于5G的高頻段傳輸技術，這樣不但能夠使資源緊張的局面得以緩解，而且能夠提升數(shù)據(jù)傳輸速率。為此，高頻段傳輸技術顯得非常關鍵，以及其受到很多要素的制約，像是距離和氣候條件等，其信號穿透性會減弱[4]。為此，在研發(fā)此技術時需要監(jiān)測中心以系統(tǒng)的設計為核心進行深入分析，立足于穩(wěn)固的基礎提升資源優(yōu)化配置效率。

2.2 大規(guī)模MlMO技術

多天線技術在提升頻譜效率和通信系統(tǒng)傳輸速率上體現(xiàn)了非常關鍵的作用，當今在無線通信系統(tǒng)中被普遍地應用。MIMO的規(guī)模非常大，基站需要配備很多天線，且將部分天線集中配置在一個基站上。這樣可以進一步挖掘空間維度資源，進而顯著提升頻譜效率，并且，在相應的范圍實現(xiàn)波束的集中，也能夠讓其免受很多干擾。與此同時，發(fā)射功率顯著減小，實現(xiàn)了最為理想的功率效率[5]。此外，天線大小跟標準統(tǒng)一的情況下，其能夠實現(xiàn)最優(yōu)的線性編碼和監(jiān)測。恰恰是這樣，MIMO技術的應用范圍拓展，結合固有信息能夠明確頻譜效率大小跟天線數(shù)量的緊密關系。

2.3 Device to Device(D2D)技術

作為一種新型技術，Device to Device（D2D）通信技術接受系統(tǒng)控制，能夠在復用小區(qū)資源的基礎上實現(xiàn)一系列終端的直接通信，其非常有助于終端發(fā)射功率的減小、蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率的提升，從而可以完善無線通信系統(tǒng)缺少頻譜資源的缺陷。由于在短距離的條件下能夠直接進行通信，具備非常高的信道質量，D2D能夠實現(xiàn)低功耗、低時延、高數(shù)據(jù)速率；結合分布范圍大的終端能夠很好地優(yōu)化覆蓋；可以高效應用頻譜資源；對較強靈活性的網絡架構和連接方法都支持，推動明顯提高網絡穩(wěn)定性和鏈路靈活性[6]。當前時期，D2D重點是單播、組播、廣播技術方案，后續(xù)會涵蓋D2D的聯(lián)合編碼技術、多天線技術、中繼技術。

圖1 基于5G的高頻段傳輸技術

2.4 網絡架構新技術

當前時期，LTE接入網重點應用網絡扁平架構，這降低了系統(tǒng)時延和有效控制了建網、維護成本。當人們持續(xù)優(yōu)化網絡標準時，5G新型網絡架構技術形成，從而實現(xiàn)了后續(xù)業(yè)務發(fā)展的要求。此技術的應用具備低成本和低時延的優(yōu)點。5G后續(xù)會實施C-RAN接入網架構，該架構具備綠色無線接入的特點，其組成是實時云計算架構、協(xié)作式無線電架構、集中處理架構這三個部分[7]。應用低成本的高速光傳輸網絡，無線領帶信號傳輸于集中化的中心節(jié)點和遠端天線之間，能夠覆蓋至少一百個基站服務區(qū)域，覆蓋面積至少為100km2。C-RAN架構中適宜應用協(xié)同技術，這樣可以提高頻譜效率，且降低相應的干擾和功耗。并且，其也適宜應用于動態(tài)智能化組網中，以便于維護通信系統(tǒng)和減小運營成本。當前時期，研發(fā)此技術主要表現(xiàn)為基帶池RRU接口定義、中控制上。

2.5 基于濾波器組的多載波技術

基于濾波器組的多載波技術屬于5G系統(tǒng)中非常關鍵的一個組成部分，其能夠對5G系統(tǒng)和頻譜效率中多徑衰落的情況進行高效處置。在5G系統(tǒng)多載波方案中，F(xiàn)BMC屬于必不可少的一個組成部分。針對FBMC技術來講，在設計與調制的原型濾波器形成變化的情況下，多載波的特性會形成相應的變化，為了跟相應頻率的特性相符合，應確保子信道數(shù)量在原型濾波器長度以內，要想做到這一點存在非常大的困難，并且硬件設備的效果跟這種現(xiàn)象的關系非常緊密[8-9]。為此，有效優(yōu)化濾波器組的標準問題是FBMC中最為重要的環(huán)節(jié)。

2.6 直接通信技術

在應用5G移動通信技術的基礎上能夠使一系列設備間直接進行通信，從而減小時延與能耗，有效地體現(xiàn)頻譜資源的價值以及大大提高5G通信質量和效率。要想提升5G移動通信的數(shù)據(jù)流量，務必實施密級網絡技術這種形式。在室內與熱點區(qū)域分布5G移動網絡數(shù)據(jù)流量可以提升用戶性能和拓展網絡覆蓋率。當今，千家萬戶業(yè)已應用智能終端，用戶對數(shù)據(jù)流量的標準也不斷提升[10-11]。為此，5G移動通信應結合超密級網絡技術的應用使預期的目的實現(xiàn)。這樣一是可以增加系統(tǒng)容量，二是能夠拓展網絡覆蓋范圍。不過，也存在一些不足之處，像是在較小范圍內應用的情況下較易受到干擾，這阻礙了網絡能效的提升。

3 5G移動通信技術發(fā)展趨勢

相較于以往的移動通信技術，5G移動通信的發(fā)展迅速，且實現(xiàn)了理想的效果。這重點表現(xiàn)為：一是系統(tǒng)吞吐率提升。基于國內持續(xù)強化對5G移動通信技術的研究，5G移動通信大大提升了智能化水平和系統(tǒng)吞吐率；二是資源應用率提升。相較于4G網絡，5G移動通信大大提升了資源應用率，其資源應用率是4G時代的至少十倍；三是資源頻率拓展。基于5G移動通信技術的應用和發(fā)展（圖2），無線移動通信頻率逐步向高頻段拓展[12-13]。鑒于此，5G移動通信網絡未來發(fā)展趨勢體現(xiàn)在下面幾點上：（1）高清視頻的發(fā)展趨勢。5G網絡跟4G網絡相比，其傳輸速度提升，因此高清視頻的傳輸速率大大提高，這使用戶的體驗感提升，視頻播放尤為流暢，滿足了用戶對高清視頻的需求。（2）虛擬現(xiàn)實的發(fā)展趨勢。基于5G移動通信技術的持續(xù)發(fā)展，該領域后續(xù)會應用聽覺和視覺技術，特別是該領域應用模擬系統(tǒng)之后，用戶可以感應3D視頻畫面，從而實現(xiàn)了用戶虛擬現(xiàn)實的需求。（3）實現(xiàn)物聯(lián)網發(fā)展趨勢。物聯(lián)網技術基于科技水平的不斷提升而獲得發(fā)展和應用，物聯(lián)網技術在5G 領域的應用，可以有效應用有關感應設施，確保有關平臺尤為流暢地運行，并且根據(jù)網絡管理、網絡定位、網絡跟蹤等高效處理物聯(lián)網信息，從而實現(xiàn)最為理想的通信效果。（4）智慧城市的發(fā)展趨勢。隨著城市化建設不斷推進，智慧城市成為發(fā)展的主要趨勢，該建設理念主要在互聯(lián)網技術背景下提出的，通過互聯(lián)網技術的發(fā)展，對人們生活水平的提高至關重要。鑒于此，在智慧城市建設過程中，往往需要注重5G移動通信技術、云計算技術、物聯(lián)網技術的作用，從而能夠滿足智慧城市建設的各種需求，充分利用好快速、高質量網絡服務推動智慧城市的發(fā)展[14]。（5）服務社會的發(fā)展趨勢。5G移動通信技術的使用，在軍工業(yè)、企業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。以軍工業(yè)為例，對于移動通信技術有著較高的要求。5G移動通信技術的出現(xiàn)將促進軍工業(yè)的更好發(fā)展。

圖2 5G移動通信技術的應用和發(fā)展表現(xiàn)