5G移動通信的應用與發展方向探析

姜浩　杜金

摘 要：進入21世紀以來，我國的互聯網通訊技術日新月異，從最早的2G，到后來的3G，到目前的4G，數據傳輸速度發生了日新月異的變化和提升。如今，走在大街小巷，人們的生活早已離不開4G網絡，它極大地帶來了人們衣食住行方式的改變。然而，從目前的情況看，在一些特殊或緊急的情況下，通訊網絡不穩定或滯后的情況也時有發生，社會發展對更高級別的網絡技術的需求勢在必行。在此趨勢下，5G網絡技術成為當前互聯網通訊技術的發展方向和重點。本文中，筆者對5G網絡技術的發展前景、應用功能、技術難點等進行綜合性分析與介紹。

關鍵詞：5G技術；應用現狀；發展前景

一、5G網絡通信技術概述

4G網絡技術的出現帶來了我們生活生產的各個領域的變革與發展，極高的傳輸速度帶來的是整個通信行業的改革與前進。可以說4G網絡技術有很多優點，包括傳輸的安全性、高速性等。然而，隨著4G的不斷發展，也逐漸暴露出一些缺陷和問題，如，在傳輸過程中，對傳輸協議的理解和判斷還需要很長的時間，同時4G傳輸系統的速度并沒有真正的達到我們心目中想要的速度，在需要進行秒傳數據的時候，還是會出現一些問題。由于這些原因的存在，我們需要迫切的發展第五代通信系統--5G系統，5G互聯網通信系統是未來網絡領域的發展方向，將成為網絡領域最耀眼的明星。但是當前我們國家對于5G系統的發展也只是有一個初步的設想，在許多方面還沒有形成統一的標準，所以這需要行業一起努力，共同制定5G網絡的標準，解決5G網絡發展中遇到的難題，共筑5G網絡發展的宏偉藍圖。

二、5G網絡的關鍵技術

我們使用的3G和4G網絡通信技術，傳輸時采用的頻率大多在3.2GHz以下。但是由于傳輸使用的頻率較低，所以在傳輸過程中會造成某些重要信號的丟失，而且在低頻段傳輸下，我們容易被外界環境干擾，同時我們傳輸速度也會被限制。而我們國家互聯網用戶量非常巨大，很多企業也需要借助互聯網工具處理公司業務，4G技術已經滿足不了這些大企業大用戶的需求了，所以我們更要加快腳步，將5G技術運用到實際生產生活中。

（一）高頻傳輸技術

目前，根據數據計算得出，當5G網絡技術的傳輸頻率在30GHz的時候，可以有效的避免數據丟失這個問題，但如果想用30GHz傳輸數據，就需要在硬件和軟件設備上一起改進，而且采用30GHz傳輸也會出現其他問題，比如傳輸的信號發生源需要更大的功率，接收信號的信號搭需要搭建的更高，接受信號的信號站需要配備專門的變頻系統等等，這都需要我們繼續研究，繼續思考，努力解決這些問題，為5G系統的發展鋪平道路。現在移動網絡工作站發送的信號都是在相對較低的頻段，低頻段的好處的是傳播性能優越，可以使運營商用較少的成本（少量基站）達到很好的覆蓋。但是有一點不足就是低頻段的連續頻率資源非常寶貴，在國外各大運營商會通過競標的方式購買頻段的使用權，而在我們國家是政府分配。在4GLTE中單個載波最大的頻率范圍是20MHz，通過載波聚合技術可以將多個非連續的載波合起來使用達到更高的速率，但是這樣還依然不夠。5G的一個特點就是高頻，受限于高頻的傳播性能，所以很多的高頻段頻率資源沒有被使用，這正是5G可以好好利用的資源。但是如何解決高頻通信的傳播問題呢？這就輪到大規模天線（massiveMIMO）登場的時候了，高頻資源的頻率很高，波長就很短（毫米波），那么在天線設計的時候可以做到天線陣子和他們之間的距離很小，就可以在很小的范圍內集成天線陣列。天線陣子數量的增加可以帶來額外的增益，結合波束賦形，波束追蹤技術以彌補高頻通信在傳播上的受限。

（二）多址技術

我們知道3G和4G技術也都采用了多址技術，但是在3G和4G技術中我們往往只設置很少數的基站，來進行信號交流、接收、傳遞，這是由于我們基站有許多信道，而每一個信道用來傳輸一種信息，就會造成資源浪費。在我們第五代的傳輸技術設計中，我們將采用更先進的NOMA技術，這個技術采用的是非正交發送接收的技術，通過對干擾信號進行調制解調和濾波，可以很快、很精確的得到我們所需的信號。而我們即將發展的5G技術將在這個技術的基礎上，將基站進行硬件改造，讓我們數據在傳輸的過程中可以只借助一個信道進行多種數據的傳輸，這樣就會節省出我們分析信道的時間了，同時我么你也會從軟件方面進一步提高數據傳輸的速率，提升5G網絡的整體性能。

（三）多天線傳輸技術

每一個基站我們只會用一根主要的天線和幾十根輔助的天線來發送和接收數據。如果我們從理論出發，每增加一根天線，就能夠保證數據傳輸的質量和容量，但是如果我們采用的天線過多也會出現每根天線數據接收不均的問題。所以我們可以采用LSAS技術，將每根天線負責的領域用數學建模的方法給計算出來。對于接收不同頻率的信號，我們也可以將這些信號的幀進行詳細的分類，得到不同的幀板塊，來接收存放這些信息。如果我們能夠采用LSAS技術，我們也可以將基站的天線增加至幾百根，這就從根本上解決了基站傳輸容量不夠的問題，可以使基站的接受效率提高數十個量級。

三、5G網絡的發展趨勢

5G網絡一旦出現，不僅可以替代以前3G和4G網絡的所有功能，還擁有許多當前新型科技的所需要的功能。比如我們軍隊在指揮時，需要快速的將敵方位置的坐標發給導彈指揮部，這需要瞬間傳輸完成，而且期間還要具有十分良好的安全保障性能，5G技術能夠很好的滿足其要求。當我們想要完全實現無人駕駛這項技術的時候，我們需要更快，更高效的將指令發給汽車的控制中心，這同樣需要高質量的數據傳遞，但是目前的4G技術遠遠達不到要求，而5G技術在這一方面擁有得天獨厚的優勢。

（一）低時延高可靠技術

LTE網絡的出現使移動網絡的時延邁進了100ms的關口，使對實時性要求比較高的應用如游戲，視頻，數據電話成為可能。而5G網絡的出現，將會使時延降到更低，會為更多對時延要求極致的應用提供生長的土壤。降低時延的技術原理：LTE中的一個TTI是1ms，而5G將通過對幀結構的優化設計，將每個子幀在時域上進行縮短從而在物理層上進行時延的優化。相信在后期5G信令的設計上也會采用以降低時延為目標的信令結構優化。這個技術可以很好的應用于遠程醫療手術、遠程駕駛車、聯網自動駕駛、工業控制等領域。

（二）大容量技術

物聯網這個話題最近幾年來一直占據著熱門，但是受限于終端的功耗以及無線網絡的覆蓋，廣域物聯網仍處于萌芽的狀態，伴隨著5G網絡大容量技術的出現，就可以解決這個問題。大容量技術可以應用于物聯網、智慧城市、智慧家居、智慧電網、智能放牧、種植物流、實時追蹤等新興領域。

四、結束語

物聯網和移動互聯網的發展共同推動了移動通信網絡的不斷更新，當4G系統不能滿足當前新型移動通信業務的需要時，5G網絡的相關研究工作開始啟動。目前關于5G網絡的研究還處于初級階段，隨著研究的不斷深入，5G網絡的發展前景良好，移動通信網絡必將邁向一個新時代。

參考文獻：

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