5G無線通信網絡中關鍵技術及發展趨勢

歐栓

【摘要】 本文結合筆者的實際工作經驗，介紹了5G無線通信技術的優點，從而進一步針對5G無線通信的關鍵技術進行了分析，最后探討了5G無線通信技術的應用。

【關鍵詞】 5G無線通信 關鍵技術 應用 發展

目前，4G移動通信技術得到了廣泛使用，具有通信速度快、通信容量大等優點。而5G移動通信是4G移動通信技術發展的基礎上出現的，是4G 技術的不斷完善和創新的體現，是通信領域新的里程碑，引起了各運營商的關注。5G是第五代移動通信技術的出出，大大提高了數據信息傳輸速度，高達3Gb/s，在現代社會發展中將會得到普及。

一、5G無線通信技術的優點

5G技術作為一種新型的通信網絡技術，主要將多種無線接入技術與現有無線接入技術相結合，其服務對象面向大眾，具有靈活、智能、高效和開放等特點。

1.1 數據傳輸速率提升

5G 技術作為當前最新的移動通信網絡技術，它的一個明顯優勢就是數據傳輸速度可達到每秒幾十GB，相對于4G技術來說，這是十分明顯的一個創新優勢。根據當前5G技術的應用效果來看，已經在28GHz 波段下成功的將傳輸速度達到了1Gbps，而傳統的4G技術的傳輸速率只有75Mbps，而且它也僅僅具有非對稱的超過2Mb/s 的數據傳輸能力。

1.2 兼容性好

從當前5G技術的研究和發展現狀來看，它是一個包括2G、3G、4G 等所有網絡通信技術于一體的新型無線網絡技術的全通信平臺，此外，它還涉及到Wi-Fi、NFC以及BLUETOOTH等的無線技術，因此，它的兼容性很好，這是以往通信技術所不具備的，同時這種特性也可以大大提升支付方式的安全系數。

1.3 電池使用壽命延長

5G 無線網絡通信技術在實際應用的過程中，會有很多小的任務需要應用程序持續的運行支持，而作為關鍵應用的電子郵件程序就要不斷的向服務器發送各種請求信息，以保證電子郵件的實時更新。為在5G技術下，可以自動的、快速的審核和確定出那些浪費電池電量的應用，并有效組織那些無用應用程序所發布的各種信息，進而減少電池電量的流失，并且也可以大大延長電池的充電周期，使其使用壽命得到進一步的提高。

二、5G無線通信的關鍵技術

2.1 多用戶大規模MIMO技術

當無線蜂窩通信技術對靈活性要求更高時，多端口輸入和多端口輸出的通信技術（MIMO）就 發揮了其應用價值。MIMO 通過加大了對發射功率的復用和通信帶寬的復用讓無線通信系統的性能更為完善。為進一步增加頻譜利用率和系統的覆蓋率，并且提高單位比特能耗利用率，一種新型的通信網絡——大規模MIMO通信網引起了人們的廣泛關注。

MIMO技術歷經了單點對單點的發展階段，以后會朝著多用戶MIMO方向發展，具體技術方案采用將多根天線置于發射端或者接收端實現，這種技術方案可以滿足現有時頻資源下，最大化空間的分集增益、空間的多路復用增益和空間陣列增益，從而對系統的容量和通信鏈路的可靠性進行提升，最終的結果使得整個通信系統的總吞吐量最大化。

但隨著用戶對通信系統的通信容量需求的不斷提升，現有的MIMO通信技術還需要進一步對容量和帶寬性能進行提升，目前主要的提升方向為優化天線尺寸以及新型排布方式。而目前，集中式排布天線的方式是研究最多的，更有學者提出融合大規模MIMO和云無線接入網，得到一種新穎的分布式大規模MIMO系統。

2.2 D2D通信

隨著社交網絡等應用的發展， 用戶的近距離數據通信需求與日俱增。但現有的蜂窩通信系統不夠靈活，對于用戶需求的實時性強和可靠性高的需求難以滿足。在5G移動通信技術中，對D2D（device to device）通信技術的研究顯得非常重要。D2D通信技術是5G移動通信的關鍵技術之一，其重要作用主要體現在對蜂窩通信系統進行了支撐和補充，使得無線數據流量的大幅度增長，降低了調備功耗，提高了系統的可靠性。

D2D最大的優勢在于可以對資源實現精簡，同時減少了外界干擾，傳輸效率進行了提升，并最終降低了傳輸成本。目前，業內人員主要研究精力集中在對D2D發送功率的控制和資源的分配等關鍵方面。對于現有的D2D技術，還需要進一步完善問題如下：無線資源管理問題；通信的可靠性和實時性；如何抗干擾。

2.3 綠色通信

5G無線通信系統與其他通信系統相比的優勢在于進一步降低能耗，從而實現更加綠色的通信。 全世界的運營商都希望能夠降低能耗，從源頭上對二氧化碳的排放量進行降低。對于綠色通信的實現，研究者們首先想到的是減少單個基站的能耗；同時，考慮從網絡調度方面展開，讓網絡能夠隨著用戶上網業務需求的變化而動態變化，實現動態資源調度和功率控制；還可以采用對網絡部署和網絡的拓撲結構方面進行優化。

國內外研究者提出了一些有效的綠色通信解決方案，如搞能效的空時資源配置 MIMO-OFDMA系統，基于CoMP的高能效譜效基站協作休眠方案；綠色共享通路保護算法；回程概念的提出等。這些方案中，由于異構網絡部署的開展，5G綠色通信的瓶頸在于回程的功耗。

三、5G無線通信技術的實際應用

3.1 在安卓系統中的應用

目前來說，大多數移動智能終端采用的系統都是以安卓為主，它是一種以Linux為基礎的自由和開放源代碼的操作系統，在移動設備中具有明顯的應用優勢。

安卓系統采用的是分層架構，主要劃分為四個層次，從高到低依次是應用程序層、應用程序框架層、系統運行庫層以及系統內核層。四個層次中，系統內核層采用的是5G納米核心技術，以此來完成安卓基礎性文件和硬件驅動的分離。

此外，安卓系統自身所具有的開放性特征使得其安全系數大大下降，5G納米技術所具有的保密性可以在量子密碼學的應用下增強加密等級。

3.2 在光場相機中的應用

光場相機是一種先拍照后對焦的照相設備，它的原理是在光場技術的作用下，在進行拍照時只需要進行構圖就可以了，不再需要進行對焦處理，這樣的一大好處就是可以對現有的相機拍照方式和習慣起到改善作用，它具有很好的抓拍優勢，只要被照的物體在相機的焦距范圍內，對焦點都可以在拍完之后進行隨意的選擇，前提是在拍照時焦距范圍內的所有光學信息都已經被記錄起來，因此，它自身的容量會很大，存儲一張照片可能需要至少200M的空間，這在側面就需要有更快速的傳輸速度和儲存空間做保障，而5G技術自身所具備的優勢特點正好可以滿足這一要求，此外，依據它的這一特性，它在安全防衛監控工作中的應用具有良好的前景。

四、結語

總之，隨著我國社會經濟的發展和科學技術的進步，在5G無線通信技術研究領域，將取了一定的成果。目前來說，5G網絡的核心技術體系并不完善，但運營商對其技術需求達成了一致，目前正從前期研究進入至標準制定階段。與4G通信技術相比，5G具有高速度、低時延、低功耗的優勢。相信在未來通信技術的發展過程中將會發揮著更大的作用。

參 考 文 獻

[1]熊必成.5G網絡通信技術應用的前瞻性思考[J].信息通信，2014，（11）： 230.

[2]張洪麗.淺議5G無線通信技術概念及相關技術[J].通訊世界，2015，（12）： 41.