5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】：5G移動(dòng)通信將是未來移動(dòng)行業(yè)的趨勢(shì)和目標(biāo)，這是因?yàn)?G移動(dòng)通信將會(huì)擁有更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，大大提升移動(dòng)通信的性能，達(dá)到降低能耗和運(yùn)營成本的目的。作為移動(dòng)通信的風(fēng)向標(biāo)，5G移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在大幅度提高資源利用率、系統(tǒng)的吞吐率等方面，而保障其順利發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)在于大規(guī)模多輸入多輸出、D2D、超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及同時(shí)同頻全雙工技術(shù)等。

【關(guān)鍵詞】：5G 移動(dòng)通信;發(fā)展趨勢(shì);關(guān)鍵技術(shù)

引言

移動(dòng)通信的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是分不開的。隨著科技的進(jìn)步，移動(dòng)通信也在迅速更新，從2G到4G，也僅僅用了幾年的時(shí)間。以此速度，5G移動(dòng)通信也會(huì)在不久的將來流行開來。5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡稱，是基于第四代移動(dòng)通訊技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。2013年，METIS項(xiàng)目順利啟動(dòng)，我國參與5G技術(shù)推動(dòng)工作，5G技術(shù)也作為重要的國家計(jì)劃被列入“863”計(jì)劃。盡管5G移動(dòng)通信技術(shù)還尚未正式出臺(tái)官方標(biāo)準(zhǔn)，也沒有電信公司或政府部門對(duì)此作出規(guī)范準(zhǔn)則，但是，就目前的形式來看，5G移動(dòng)通信技術(shù)一定會(huì)迅速流行開來。

一、5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)

5G移動(dòng)通信技術(shù)相對(duì)于之前的移動(dòng)通信技術(shù)來說，需要更高的頻譜利用率，更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，隨之帶來的是通信系統(tǒng)性能的提高，以及能耗和運(yùn)營成本的大大降低。

1.1先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)移動(dòng)通信設(shè)計(jì)理念主要是用于人際溝通，電話、短信、E-mail等工具性能較強(qiáng)。但是隨著定位的更加精準(zhǔn)化，5G移動(dòng)通信技術(shù)更注重室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，主要包括辦公室和家庭中，這就要求小區(qū)域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理念要更加強(qiáng)化。

1.2通信系統(tǒng)性能大大提高

之前的移動(dòng)通信系統(tǒng)，關(guān)鍵目標(biāo)在于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物理傳播，以及信息編譯碼的呈現(xiàn)形式。隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)即將來臨，它更傾向于廣泛形式的多對(duì)多、多用戶，以及小范圍的團(tuán)體合作，組建局部網(wǎng)絡(luò)。將重點(diǎn)放在優(yōu)化通信系統(tǒng)性能方面，以更人性化的技術(shù)為用戶服務(wù)。

1.3低能耗和低運(yùn)營成本

5G移動(dòng)通信技術(shù)可以說是更加智能化，也就是說，這時(shí)期的移動(dòng)通信技術(shù)更加注重“軟性配置”，即網(wǎng)絡(luò)資源是運(yùn)營商根據(jù)動(dòng)態(tài)變化的流量而做出反應(yīng)。這種低成本的運(yùn)營方式，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控流量使用，并盡可能的降低不必要的能耗，保證用戶的實(shí)用性。

二、5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，以及我國大力提倡“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，為即將飛速發(fā)展的5G移動(dòng)通信提供了動(dòng)力。4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展會(huì)成為未來移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，但是要在這一基礎(chǔ)上做出更高的質(zhì)量保證。5G移動(dòng)通信技術(shù)最主要的目標(biāo)是適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，以“內(nèi)容+形式”的創(chuàng)新更好的服務(wù)于當(dāng)下社會(huì)。就目前的發(fā)展趨勢(shì)推測，5G移動(dòng)通信技術(shù)在將來會(huì)做出重大的改變。

2.1大幅度提高資源利用率

我國通信業(yè)目前面臨的問題之一是資源利用率很低，無效資源占據(jù)較大空間，這就導(dǎo)致資源消耗大，移動(dòng)通信發(fā)展的成本較高。而5G移動(dòng)通信技術(shù)的到來，將關(guān)注的焦點(diǎn)放在大幅度提高資源利用率上，若是能夠攻克核心技術(shù)，那么5G移動(dòng)通信技術(shù)的資源利用率會(huì)比4G移動(dòng)通信技術(shù)高出大概10倍左右。

2.2大幅度提高系統(tǒng)的吞吐率

系統(tǒng)吞吐率指的是單位時(shí)間內(nèi)通過信道成功交付數(shù)據(jù)的平均速率，一般以bit/s計(jì)算。吞吐率很大程度上代表一個(gè)系統(tǒng)的測試性能。3G或4G時(shí)代，由于受到各種低效率軟件的影響，因此，即使是10bit的線路，吞吐率可能只有1/5。5G移動(dòng)通信技術(shù)也會(huì)大大增強(qiáng)移動(dòng)通訊的吞吐率，強(qiáng)化新體系的構(gòu)建和智能化能力的提升，爭取達(dá)到帶寬等于吞吐率的效果。

2.3大幅度拓寬頻率資源

移動(dòng)通信頻率知識(shí)的載波所在的頻率范圍，與移動(dòng)通信運(yùn)營公司是分不開的。在我國，中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通的頻率各不相同，常見的大概有1800MHz～1900MHz。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)通信的頻率需要得到拓寬，盡管頻段高會(huì)降低穿透力，但隨著通信技術(shù)的大力發(fā)展，這一難題也會(huì)得到某種程度的克服，5G移動(dòng)通信技術(shù)完全可以在高頻段使用。

三、5G移動(dòng)通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

從2G技術(shù)、3G技術(shù)到4G技術(shù)的發(fā)展，可以看出，技術(shù)本身也呈現(xiàn)一種相對(duì)復(fù)雜性，以此來看，5G技術(shù)的技術(shù)復(fù)雜性會(huì)更強(qiáng)，并且在關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用方面存在較高的難度系數(shù)。因此，知曉關(guān)鍵技術(shù)，并把主要的精力用于關(guān)鍵技術(shù)的攻克和發(fā)展才是最重要的。

3.1大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)

多輸入多輸出技術(shù)英文為“Multi-input Multi-output”，簡稱為“MIMO技術(shù)”。大規(guī)模MIMO技術(shù)實(shí)際上是MIMO技術(shù)的升級(jí)版，原理是發(fā)射基站的多個(gè)無線通信系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)送信號(hào)，又同時(shí)接收多個(gè)天線信號(hào)，并能夠復(fù)原信息的技術(shù)。傳統(tǒng)的通信方式主要是通過基站與手機(jī)之間單天線的電磁傳播進(jìn)行的，而大規(guī)模天線陣列是基于多用戶波束成形的原理，也就是基站擁有多根天線，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)以找到最佳的相位，達(dá)到最好的接收效果，最終達(dá)到提高接收信號(hào)強(qiáng)度的目的。大規(guī)模MIMO技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，最重要的是能夠適應(yīng)5G移動(dòng)通信的趨勢(shì)，大大提高無線信息的傳輸距離和接收范圍，對(duì)于用戶來說，這是絕佳的上網(wǎng)體驗(yàn)。

3.2 D2D技術(shù)的應(yīng)用

D2D技術(shù)是英文Device-to-Device的簡稱，官方說法是蜂窩通信。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信中，用戶之間的直接通信是不被允許的，因?yàn)檫@種技術(shù)對(duì)于頻譜的利用率較低。但是，隨著5G通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，需要不斷提升無線通信的性能，以及提升用戶好感度、舒適度，蜂窩通信應(yīng)用正好順應(yīng)了這一趨勢(shì)，獲得推廣應(yīng)用。

D2D技術(shù)在我國應(yīng)用時(shí)間已經(jīng)8年左右，發(fā)展速度很快，華為、小米等通信公司也獲得了相關(guān)的專利授權(quán)。如今，D2D技術(shù)已經(jīng)成為面向5G的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展前景也受到官方的關(guān)注，相信不久的將來，D2D技術(shù)將在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。

3.3超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動(dòng)通信技術(shù)的未來應(yīng)用，應(yīng)該是多元化、智能化的。隨著電子設(shè)備的無限普及，數(shù)據(jù)流量的使用也會(huì)呈現(xiàn)直線上升的趨勢(shì)。因此，超密集的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為局部網(wǎng)主力的主要手段，這包括無線傳輸?shù)恼军c(diǎn)的增加，無線傳輸站點(diǎn)距離縮小。超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅能夠大大改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋的大環(huán)境，減輕網(wǎng)絡(luò)的干擾度，更能夠集中高效的進(jìn)行頻率復(fù)用。

3.4同時(shí)同頻全雙工技術(shù)

同時(shí)同頻全雙工技術(shù)是5G移動(dòng)通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要是讓發(fā)射機(jī)和接收機(jī)同時(shí)工作，高效利用所占用的頻率資源。3G或者4G的設(shè)備發(fā)射和接收頻率是分時(shí)模式和分頻模式，主要是為了避免發(fā)射信號(hào)對(duì)其他時(shí)間段的干預(yù)，但這大大降低了設(shè)備的使用效率。5G移動(dòng)通信時(shí)代，將分時(shí)分頻模式改為同時(shí)同頻的全雙工技術(shù)，需要克服其他頻率的干擾，以及數(shù)字干擾的問題，利用技術(shù)手段改變上下行的頻率和時(shí)間，能夠極大提高系統(tǒng)的吞吐量。運(yùn)用得當(dāng)，同時(shí)同頻全雙工技術(shù)將會(huì)在5G移動(dòng)通信中發(fā)揮重要的作用。

結(jié)語

2020年以后，5G移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)商業(yè)化，那時(shí)候，一分鐘下載一部高清電影必將成為現(xiàn)實(shí)。為了適應(yīng)當(dāng)下的趨勢(shì)，一些有預(yù)見性的通信公司紛紛開始推進(jìn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的大力發(fā)展。這不僅能夠促進(jìn)未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，切割市場蛋糕，而且能夠滿足用戶對(duì)未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求度，并且給用戶帶來全新的體驗(yàn)。不過，目前來看，5G移動(dòng)通信技術(shù)還處于起步發(fā)展階段，相關(guān)政策發(fā)布和關(guān)鍵技術(shù)研究還處于探索階段，相信近幾年時(shí)間里，5G移動(dòng)通信將會(huì)引領(lǐng)移動(dòng)通信界的新變革。

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