關(guān)于5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)的探討

李可才

摘 要

目前，4G移動(dòng)通信的普及率在不斷提高，并取得了良好的成效。4G雖然在一定程度上可以滿足人們生活的需求，但是隨著技術(shù)水平的發(fā)展，人們會(huì)對(duì)移動(dòng)通信有更高層次的要求，因此4G技術(shù)還有待于加強(qiáng)研究，而移動(dòng)通信勢(shì)必會(huì)發(fā)展到5G。文章對(duì)5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討分析，希望可以讓人們進(jìn)一步了解下一代移動(dòng)通信技術(shù)。

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

隨著世界各國(guó)對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的極大重視，在短短幾年時(shí)間內(nèi)，移動(dòng)通信就從以往的2G/3G發(fā)展到現(xiàn)階段的4G技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用、用戶體驗(yàn)等方面有了顯著地提升。由于科技水平是不斷進(jìn)步完善的，因此在不久的將來(lái)4G技術(shù)勢(shì)必也會(huì)成為歷史，5G技術(shù)將開始發(fā)展和應(yīng)用。現(xiàn)階段各國(guó)都在對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行研究，并且取得了一些階段性的成果，下面就對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行初步探究分析。

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)特點(diǎn)分析

首先，5G移動(dòng)通信模式下，不但要對(duì)技術(shù)革新進(jìn)行重視，還要對(duì)用戶體現(xiàn)、通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際吞吐率等進(jìn)行關(guān)注，并且也比以往更加重視移動(dòng)通信的可靠性。其次，該種通信背景下，會(huì)在體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行革新來(lái)到達(dá)突破移動(dòng)通信技術(shù)的目的。就2/3/4G移動(dòng)通信技術(shù)而言，其注重物理層之間的傳輸以及信道編譯碼技術(shù)等兩部分的發(fā)展，然而5G技術(shù)在此基礎(chǔ)上增加了對(duì)多點(diǎn)、多用戶以及多天線和小區(qū)協(xié)作組網(wǎng)的研究。再次，5G技術(shù)不僅重視覆蓋面的擴(kuò)大，更加關(guān)注室內(nèi)通信技術(shù)的發(fā)展。第四，5G技術(shù)會(huì)應(yīng)用到許多的高頻頻譜資源，但其繞射能力差和衰減較快，因此5G技術(shù)發(fā)展會(huì)注重對(duì)高頻段無(wú)線電波傳播能力的研究。最后，5G移動(dòng)通信技術(shù)會(huì)讓運(yùn)營(yíng)成本減少，然后按照網(wǎng)絡(luò)流量真實(shí)的應(yīng)用狀態(tài)來(lái)合理調(diào)節(jié)、分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)而有效提升用戶的體驗(yàn)水平。

2 5G技術(shù)中關(guān)鍵性技術(shù)分析

2.1 高頻段頻率拓展技術(shù)

傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分擁擠，而在高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實(shí)現(xiàn)極高速、短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波通信的主要優(yōu)點(diǎn)，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)。目前我國(guó)正在積極開展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。

2.2 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在5G技術(shù)應(yīng)用時(shí)，不僅會(huì)應(yīng)用到全新的無(wú)線傳輸技術(shù)，還會(huì)對(duì)無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)行有效完善，因此這也就表明5G通信是將多種無(wú)線接入進(jìn)行有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的一種新型的通信系統(tǒng)。而對(duì)于各種無(wú)線傳輸來(lái)說(shuō)，它們?cè)趥鬏斶^(guò)程中能夠被有效利用，進(jìn)而形成了一種具備多層覆蓋、涵蓋多個(gè)無(wú)線接入技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在后續(xù)的發(fā)展過(guò)程中，會(huì)提升無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)際的部署密度，縮短不同站點(diǎn)間的間距，實(shí)際支持用戶的數(shù)量和范圍得到顯著增加，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)用戶與一個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，進(jìn)而構(gòu)成超密集度的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

2.3 Device to Device（D2D）技術(shù)

Device to Device（D2D）通信是一種在系統(tǒng)的控制下，允許終端之間通過(guò)復(fù)用小區(qū)資源直接進(jìn)行通信的新型技術(shù)，它能夠增加蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率，降低終端發(fā)射功率，在一定程度上解決無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏的問題。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時(shí)延和較低的功耗；通過(guò)廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。目前D2D采用廣播、組播和單播技術(shù)方案，未來(lái)將發(fā)展其增強(qiáng)技術(shù)，包括基于D2D的中繼技術(shù)、多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等。

2.4 大規(guī)模MIMO技術(shù)

就無(wú)線通信系統(tǒng)本身而言，多天線技術(shù)能夠提升通信傳輸?shù)陌踩砸约翱煽啃裕鋺?yīng)用原理如下圖1所示。而充分利用數(shù)量眾多的天線，可以有效增加MIMO信道的實(shí)際容量，因此想要提升信道容量，需要有針對(duì)性的提升天線數(shù)量。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有很多，例如，可以提升MIMO空間的分辨率，使其能夠支持用戶進(jìn)行體驗(yàn)；在極短的時(shí)間內(nèi)可以將波束進(jìn)行有效集中，避免了因?yàn)椴▽掃^(guò)大而造成的影響；實(shí)際功率效率較高；還能夠擁有性能十分良好的線性檢測(cè)設(shè)備。

3 5G移動(dòng)通信未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長(zhǎng)

在5G技術(shù)應(yīng)用以后，全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)流量可以提升到現(xiàn)階段的1000倍，并且實(shí)際吞吐量可以在100GB/S/km2以上。

3.2 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)模大幅增加

預(yù)計(jì)2040年左右互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以達(dá)到500億到1000億個(gè)，是4G移動(dòng)通信的100倍左右。

3.3 用戶速率得以提升

5G用戶在一般情況下的速率在10Mbit/s左右，如果有特殊需求可以達(dá)到100Mbit/s。

3.4 穩(wěn)定性得到提升

5G移動(dòng)通信會(huì)給用戶提供更好的體驗(yàn)服務(wù)，縮短通信時(shí)延，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性。

3.5 減少網(wǎng)絡(luò)耗能

5G移動(dòng)通信更加注重綠色、環(huán)保、低碳，因此會(huì)有針對(duì)性的應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)理念，提升網(wǎng)絡(luò)耗能效率，如果和原來(lái)能耗相同的情況下，這些足以滿足用戶1000倍流量的需求。

4 結(jié)論

總而言之，隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與完善，不僅會(huì)為用戶提供更好的體驗(yàn)，還能提升通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)其他相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展。因此文章對(duì)5G相關(guān)技術(shù)及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探究是十分有意義的。

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作者單位

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東省廣州市 510638