對5G移動通信發展與技術問題探討

肖傳建

【摘 要】本文將依據5G移動通訊技術的優勢，闡述了5G移動通訊技術在未來發展的主要趨勢，并對5G移動通訊技術運用過程中的關鍵技術進行了簡要的分析，且指出了我國在研究與運用5G移動通訊技術時需要注意的難點，以期豐富我國對5G通訊技術的研究理論。

【關鍵詞】5G；移動通信；發展；技術；問題

隨著信息時代的不斷發展，無線網絡通信技術也得到了突飛猛進的進步，特別是在第四代移動通信系統技術，也就是4G技術日趨成熟的情況下，積極開發第五代移動通信系統技術（以下簡稱5G）逐漸成為現代通訊企業研究的重要課題。為了滿足人們日益增長的網絡需求，保障通訊的穩定，實現信息的飛速發展，各大通訊企業已經加大了對5G技術的研究和開發力度。從5G技術的優勢而言，相對于前四代移動通信系統技術，其會得到廣泛的適用，并成為新一代移動通信的主力軍。目前，我國已經進入到5G的研究階段，并在2016年實施了關于5G關鍵技術的實施。但是，仍有不少人對5G存在錯誤的認知，且5G在適用過程中也存在諸多難點，以待攻破。

1 5G移動通訊技術的概述

第五代移動通信系統技術主要是對第四代移動通信系統的延伸，在當前的研究領域當中，不少學者認為第五代移動通信系統（簡稱5G）的體系架構主要可以分為三個部分，一個是網絡部署場景、一個是接入網，還有一個核心網。自從我國第二代蜂窩系統技術被研究出臺以后，人們越來越重視峰值服務速率指標，并將該指標作為信號技術新能的關鍵指標來處理。依據以往的研究歷史，2G、3G與4G都經過了大約十年的研發周期。因此，可以推算出，5G與世人見面的時間大約為2020年。相對于4G而言，5G會具有更多的優勢，其效能更高，網絡的穩定性更高，且具有更高的資源利用率和更快的傳輸率。但是，從當前我國4G運營的結果來看，其所需要面臨的最大問題是設備的限制與技術的制約，導致4G的傳輸速率只能保持在75Mbps之內。而5G則可能突破這一限制，為人們帶來更快的傳輸速度。

通過4G的運行結果以及人們的期待來看，將來的5G可能會具有覆概率高、低耗能、熱點高容量、可靠性高和性能強的優點。從目前我國通信企業對5G研究的重點來看，5G更關注用戶的體驗及滿意度，并提高了網絡在空間上的廣域覆蓋的功能。如果說4G比3G技術具有更高的速度，那么5G就比4G具有更大的應用范圍和無處不在的連接功能。使得使用者能在任何地方、任何時間使用任何設備都能快速的連接到網絡。其次，依據我國最新出版白皮書的要求，5G還必須滿足綠色環保的創造理念，也就是說，5G還必須具有低耗能特點。由于5G會比4G具有更快的速度，對手機等設備的電池要求更更高，為了降低能源損耗，實現可持續發展，5G還必須具備低耗能的優勢。同時，目前可聯網的設備不僅局限于手機，還有其他智能設備，如何降低這些智能設備的耗損量，也是5G研究課題當中應該予以重視的問題。另外，熱點高容量也是將來5G技術研究的重要方向。由于4G技術在運用過程中會出現流量需求大時傳輸速率下降的問題，給人們的通信網絡使用帶來一定的不便。為了更方便人們的通信使用，5G將強對該問題的研究力度，并保障在人口密度大的地方也平均分配傳輸速率，不會讓使用者出現卡頓及消息滯后的現象。由此可見，將來的5G技術必然會具備熱點高容量的優勢。5G技術還具有可靠性的優勢。目前全球的通信公司普遍認為5G低時延的認知是其低時延性達到1ms，且穩定率及可靠性高達99.999%以上，每位用戶的最小容量可以達到1Gbps。從該項認知可以看出，未來的5G技術邊會具有低時延性與高可靠性。最后，5G還會具有更高的端性能。由于未來智能設備會越來越多，如何在保障智能設備后臺程序運行時的通信穩定，保障設備信息發送和下載的穩定及效率，也成為5G研究的重要課題。可見，未來5G技術必然會具有更良好的端性能。

2 5G移動通訊運用的關鍵技術

自從ITU在2015年確定了5G的發展目標之后，對5G關鍵技術的研究也提上了日程，并在2016年有望全球統一5G標準。但是，現階段的標準制定則需要急切的解決低頻與高頻、移動寬帶與物聯網之間的應用標準，而以下所述的大規模的MIMO技術、毫米波通信技術和D2D技術就是為解決這兩大問題而研發出來的。

（1）大規模的MIMO技術

如果說4G是有了更快的速度，那5G就是有了更廣闊的運用范圍。因此，大規模MIMO技術是5G開發中最重要的技術，也是5G提高頻譜效率的關鍵技術。大規模MIMO技術又可以稱之為大型天線系統，是在4G的基礎上，將原來的8根天線增加到數百甚至是數千根服務線的一種技術。對該技術的的改革，可以有效實現一個基站多個用戶的同時通信。通過額外的天線將信號能量傳輸以及接受整合到一個很小的空間之內，促使用戶終端能獲取大大量的吞吐量，且提高了能源的使用效率。大規模MIMO技術的設計思維，主要是想實現通訊系統的時分雙工操作，也可以被運用在品分雙工操作系統之上。這種大規模的MIMO技術具有非常大的優勢，其元件的價格非常低、耗能也比較低，可有有效減少信息延遲的現象，且被廣大用戶所使用。大規模MIMO技術的出現，給許多傳統的通訊系統的改良帶來了新的解決思路，對信息方向也有了新的研究進展。當前，我國大唐、華為和中興企業都已經完成了對大規模MIMO技術的測試工作。從測試的結果來看，其峰值傳輸速度可以達到4Gnps，相對于傳統的雙流技術，速度提高了8倍。正是由于這項技術的存在，促使我國2020年實現5G覆蓋成為了可行之事。

（2）毫米波通信技術

毫米波技術是微波向高頻與光波向低頻的發展與延伸。由于目前全球的斷頻資源非常短缺，大部分國家的無線電信系統頻譜都在6GHz以下，但是3GHz到60GHz頻段的資源卻是非常豐富的。因此，如果將5G技術的頻譜控制在9.9GHz到86GHz之間，就能充分開發利用毫米波頻段上的資源了。通過開展RAT技術的研究，以LET技術作為網絡廣域覆蓋研究的基礎，就可以在9.9GHz到86GHz頻譜斷之間實現超密集網絡（UDN）了，且UDN與LET之間就能產生重疊與覆蓋，就能在有限的空間內部署更多的天線，也能保障通信的穩定與傳輸速度。當前我國的貝爾實驗室已經在毫米波段上開始了大規模MIMO技術的研究，并已經實現了容量增加與效率提升，其傳輸速率可以使得用戶的網絡下載更為高效，能在幾秒之間就能達到幾百兆的數據傳輸，該研究結果為5G的實現奠定了扎實的技術基礎。

（3）D2D技術

D2D簡單來說就是設備之間的通信，對其研究的主要目的是為了提升用戶的體驗感與使用質量。自從5G概念提出之后，有越來越多的人開始關注D2D技術，意圖在5G當中融入D2D技術來提高用戶的滿意度。目前，全球對D2D技術的研究已經逐漸進入到成熟階段，從基站協調逐漸向基站完全不參與的方向發展。國外也有很多研究者開始了對D2技術作為設備中繼的研究課題，促使設備能不在基站覆蓋范圍之內也能連接到蜂窩網絡。相對于藍牙與WIFI技術而言，D2D具有的優勢是能在蜂窩系統的頻段之上工作，也就是說，通信雙方的穩定性會更高，使用質量也有所保障。目前，國內外研究的D2D通信形式主要有廣播、多播和單薄這三種。因此，其會比蜂窩網絡更加難以調和，更為復雜，目前我國對該項技術的研究人處于深化當中。由于D2D通信會比藍牙具有具體更長、通信更穩定的優勢，也不需要用戶的手動配對。所以，其在5G當中的運用可能性會更高，為大量終端的大規模移動網絡及多種通信業共通提供了實現的可能性。

3 5G移動通訊發展中應注意的關鍵點

結合3G與4G的技術研究重點來看，其更關注的是移動寬帶應用場景的系統容量和數據速率的提升之上。目前，我國5G技術已經充分實現了對技術研究的突破，也明確了具體的定義和相關的標準。可見，在未來運用5G技術是大勢所趨，是時代發展的需求。但是，結合我國3G與4G技術的運用現狀來看，未來我國5G技術的運用仍需要注意以下幾個關鍵點：一、網絡信息安全和用戶隱私，當前我國網絡層的信息安全與用戶因素都是基于傳統的計算機分析方法來進行的，但是5G技術使用的是無線通信技術，其與傳統的計算機分析方法存在一定差異，因此，在5G當中使用傳統的計算機分析方法是不合適的，必須研究出新的分析方法，以此保障5G用戶的信息安全與隱私；二、為了充分凸顯出5G的廣域覆蓋優勢，還需要加強5G在深海、地下、高空等偏僻地區的數據傳輸穩定性及速率，這些地方的通信傳輸本身是依據聲波與激光來實現的，并具有非常大的局限性，如何在這些偏僻領域保障通信暢通一直都是人們研究的重點；三、納米通信，隨著近年來納米技術的不斷發展，納米技術也逐漸適用于通信系統當中，也有研究者提出了借鑒細胞與病毒的傳播機理來構建通信系統，這些理念的提出為5G研究提供了新的方向，應該予以重視；四、社交網絡，由于對5G技術的不斷深入研究，有人提出了六度分隔理論，以此為社交網絡提供了理論基礎，也為5G技術的運用提出了新的難題；五、軟件定義網絡，隨著5G技術的標準制定之后，將傳統網絡當中的數據平面與控制平面分離，促使網絡之間實現了更好的融合，可有效打破傳統網絡之間的區分，大大提高了網絡之間的兼容性。

由于以上研究理論及課題的提出，給5G技術的運用帶來新的可能性，也給5G的具體運用帶來了新的困難。且隨著這些理念在5G研究領域的影響不斷加大，筆者認為，這些應該作為5G移動通信發展的中應充分關注的關鍵點，加強對這些理論及技術的研究力度，以期不斷豐富5G移動通信技術研究的理論基礎及技術基礎。

4 結論

總而言之，目前我國已經加強了對5G移動通信的研究力度，并隨著4G移動通信的不斷普及，為5G移動通信的研究提供了更多的方向及理論基礎，也給5G移動通信提出了更多難題。盡管當前5G的標準仍為真正形成，但是作為通信技術的研究者，應該緊緊跟住時代的潮流，穩穩地跟隨通信發展的發現，對5G移動通信進行更多的研究，力圖為豐富我國5G移動通信研究理論、推動我國通信技術的發展貢獻一份力量，從而實現我國通信事業的可持續發展，保障我國通信事業的先進性與科學性。

【參考文獻】

[1]林穎奇.5G網絡的安全發展趨勢[J].網絡安全技術與應用，2017，（08）：99+121.

[2]石利萍.5G移動通信的關鍵技術及其進程[J].電子世界，2017，（10）：89.

[3]蔣荷花.SDN和NFV在5G移動通信網絡架構中的應用研究[J].科技展望，2017，27（11）：8.

[4]溫保強，孔珍.5G移動通信發展趨勢與若干關鍵技術[J].通訊世界，2016，（22）：89.

[5]康建中.5G移動通信的應用現狀及發展趨勢探析[J].通訊世界，2016，（16）：46.

[6]范浩明，范瀝丹.5G移動通信關鍵技術與發展趨勢探討[J]. 電視工程，2015，（04）：16-18.