5G技術(shù)演進及其行業(yè)應(yīng)用前景

◆黃 峰

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5G技術(shù)演進及其行業(yè)應(yīng)用前景

◆黃 峰

(中國電信股份有限公司廣州分公司 廣東 510620)

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國移動通信技術(shù)的發(fā)展速度也在逐漸加快?，F(xiàn)階段下4G移動通信技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了以前的3G通信技術(shù)，而在近幾年5G通信技術(shù)也開始慢慢出現(xiàn)，且在預(yù)計在未來十年中會完全取代4G通信技術(shù)被人們所應(yīng)用。現(xiàn)階段下，在5G移動通信方面我國還尚處于初步研發(fā)階段，但是在其后續(xù)發(fā)展成熟后，其所占地位也是不可小覷的。本文就5G技術(shù)演進及其行業(yè)應(yīng)用前景做了簡單的探究分析，望為后續(xù)工作人員提供一些建議。

5G技術(shù)演進；應(yīng)用前景；探究分析

0 引言

隨著我國信息技術(shù)發(fā)展速度逐漸加快，我國無線移動通信數(shù)據(jù)流量也在呈翻倍增長趨勢，預(yù)計至2020，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達到五百億臺?，F(xiàn)階段下，新型智能業(yè)務(wù)種類越來越多，所以急切需要一個更高效、更快速的無線移動通信技術(shù)來滿足當前需求，因此，在4G廣泛應(yīng)用時，5G的研發(fā)也已經(jīng)悄然開始。

1 5G技術(shù)通信技術(shù)獨特優(yōu)勢

現(xiàn)階段下，各個運營商以及相關(guān)研究機構(gòu)正在對5G無線通信技術(shù)進行探究分析。與4G技術(shù)相比，5G無線通信技術(shù)占有明顯優(yōu)勢，比如：數(shù)據(jù)傳輸速度較快、效率較高、兼容性較強、場地限制因素較小及無線覆蓋能力較強等等。其中數(shù)據(jù)傳輸速度較快使其最為明顯的優(yōu)勢，與4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比，5G無線通信技術(shù)的傳播速度可以快其一倍，甚至更快[1]。如圖1，從移動通信發(fā)展進程來看，其傳輸速度已經(jīng)明顯加快，但是在實際傳輸過程中影響其傳輸?shù)囊蛩厝杂泻芏唷Ｔ?G、3G網(wǎng)絡(luò)通信中其信號穿透力較差，一些微小的障礙物都會對其傳輸速度造成影響，使得用戶體驗感覺較差；除此之外，發(fā)射器自身質(zhì)量與其所在周圍環(huán)境對信號質(zhì)量也有著較大影響?，F(xiàn)階段下，兼容性問題是阻礙互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的主要問題，特別是在5G無線通信技術(shù)中尤為明顯。其實從根本來看，5G無線信號有著較強的穿透力，且對相關(guān)設(shè)備的要求相對較低、兼容性較強，且周圍因素對其干擾程度較低。

圖1 通信發(fā)展歷程

2 5G技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)階段下，很多知名通信企業(yè)及相關(guān)機構(gòu)，就5G無線通信技術(shù)分別提出了多種方案及設(shè)計思路。在本次研究中，對多種無線通信技術(shù)的方案及其思路進行了總結(jié)，并對其中關(guān)鍵技術(shù)進行了探究分析。

2.1 多天線傳輸技術(shù)

多天線傳輸技術(shù)對提高頻率利用率及保證傳輸穩(wěn)定性有明顯積極作用，近些年大規(guī)模無線陣列及MIMO等多種通信技術(shù)被提出。大規(guī)模無線陣列技術(shù)可以對空間維度資源實施進一步的挖掘，然后通過空分多址技術(shù)來實現(xiàn)同一視頻資源上可以服務(wù)多個用戶的最初目的；為了加大各個小區(qū)的容量及承擔更快的數(shù)據(jù)下載速度，對MIMO天線中的多種功能進行了更好優(yōu)化[2]。在未來的5G無線通信技術(shù)中為了更好地達到MIMO在各個小區(qū)網(wǎng)絡(luò)基站的部署，可以選用有源天線技術(shù)，進而達到3D波束賦形的目的，為了使系統(tǒng)空間更加自由化，在5G無線通信技術(shù)中，其天線設(shè)計選用了軍用相控陣雷達的方法，而3D波束成型技術(shù)可以更好地為5G通信技術(shù)將空間區(qū)域粒度細致化，進而提升更多用戶使用多天線傳輸技術(shù)用戶體驗。

2.2 高頻傳輸技術(shù)

現(xiàn)階段下，低頻段資源較為有限，使得通信技術(shù)往往達不到大眾需求。5G無線通信技術(shù)在使用過程中，對帶寬要求較高，為了更好地發(fā)揮其自身優(yōu)勢，可以將射頻器件進行有效調(diào)整，進而更好地實現(xiàn)高頻段拓展目標。由于該頻段頻譜較為特殊，其包括多種資源以及連續(xù)性大帶寬，可以滿足一些距離較短但傳輸速度要求較高的通信需求[3]。在此過程中，大多數(shù)電磁波都是直徑傳輸，性能相對較低，應(yīng)用起來難度較大。

2.3 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量呈逐年遞增狀態(tài)，因此在部署密集型小區(qū)建設(shè)過程中應(yīng)與5G通信互相結(jié)合。將低功率節(jié)點應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中，可有效增強網(wǎng)絡(luò)熱點信號、擴大熱點覆蓋區(qū)域，進而更好地加大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量。隨著小區(qū)建設(shè)密度的不斷增加，會使網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)更為繁雜，進而加大信號干擾問題的出現(xiàn)幾率。因此應(yīng)加大對密集型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究分析力度，更好地保障網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的靈活性及防干擾性，進而更好地滿足不同用戶的多種需求，擴大5G技術(shù)應(yīng)用范圍。

2.4 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在5G無線通信網(wǎng)絡(luò)中除了包括現(xiàn)有的多種無線接入技術(shù)的優(yōu)化還有一些新型的無線傳輸技術(shù)，比如3G、4G、5G無線通信網(wǎng)絡(luò)以及無線網(wǎng)絡(luò)等多種形式，構(gòu)成一個完整的、融合性較好的綜合網(wǎng)絡(luò)。所以，在以后5G無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中勢必會形成一個由蜂窩數(shù)據(jù)流量及wifi相結(jié)合的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)有效業(yè)務(wù)分流。隨著移動通信用戶量逐漸增多，網(wǎng)絡(luò)基站的業(yè)務(wù)量也在逐漸增加，其計算壓力也越來越大，為了有效減少網(wǎng)絡(luò)總站承受壓力，新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，并已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用。

5G移動通信標志性的核心技術(shù)表現(xiàn)在超高效能的無線傳輸技術(shù)與高密度無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上。在大規(guī)模MIMO的無線傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上有可能會使用頻譜效率與功率效率，并且在4G的基礎(chǔ)上再加一個量級。而且全雙工技術(shù)將會開拓新的移動通信頻譜利用的新局面。超密集網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)受到了業(yè)界人士的關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和千擾管理也會提升高密度無線網(wǎng)絡(luò)容量。

圖2 5G核心網(wǎng)絡(luò)圖

3 5G技術(shù)面臨難點

現(xiàn)階段下，要想真正滿足社會對無線移動通信系統(tǒng)的要求，5G網(wǎng)絡(luò)面臨頻率、技術(shù)以及運作方面的挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段下，在技術(shù)上存在以下幾種問題。

3.1 技術(shù)與系統(tǒng)融合問題

隨著相關(guān)科技的不斷發(fā)展，芯片技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，智能終端的發(fā)展速度也在逐漸加快，無線移動通信業(yè)務(wù)與相關(guān)技術(shù)也在進行不斷的融合與拓展。在未來的5G網(wǎng)絡(luò)中，其具備多種業(yè)務(wù)、多種技術(shù)等明顯有限，是一個層次較多、覆蓋面積較廣的通信系統(tǒng)[4]。要將各種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)以及各個層次所覆蓋的系統(tǒng)進行綜合融合并對其進行高效利用，然而就現(xiàn)階段下的技術(shù)來說，其中仍存在多種問題亟待解決。

3.2 頻譜效率及容量問題

數(shù)據(jù)流量大、用戶規(guī)模大、不間斷性在線是5G網(wǎng)絡(luò)的最終目標，然而要想真正實現(xiàn)以上目標就必須要研發(fā)擴展頻率、提升空間效率、提升站點密度等多種相關(guān)通信技術(shù)。比如，多天線技術(shù)、多址技術(shù)、超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)階段下最新的通信技術(shù)，將成為成就5G通信技術(shù)的主要技術(shù)，也將成為未來5G技術(shù)發(fā)展的主要方向。應(yīng)用新型傳輸技術(shù)及優(yōu)化組網(wǎng)方式，會增加設(shè)備之間繁雜程度及研究成本，對建設(shè)網(wǎng)絡(luò)及后續(xù)維護提出了更高要求。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)靈活性問題

物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)及傳統(tǒng)電信網(wǎng)為基礎(chǔ)的信息載體，其可以將一些相對獨立的普通物理對象進行轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性，將所有存在的物體進行互相聯(lián)系是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本目標，在未來5G技術(shù)發(fā)展過程中將與物聯(lián)網(wǎng)相互作用，更好地為人們提供一些科技服務(wù)。但是現(xiàn)階段下，物聯(lián)網(wǎng)面臨著傳輸瓶頸、系統(tǒng)容量等問題。隨著后續(xù)5G用戶逐漸增多，其應(yīng)用范圍也逐漸增加，同時業(yè)務(wù)靈活性也會有明顯提升。在信息速率方面，5G除了要滿足長時間甚至一段時間才會出現(xiàn)的一些小數(shù)據(jù)包的抄表業(yè)務(wù)，還要滿足3D全面實時會議寬帶業(yè)務(wù)。在延遲方面，既要滿足對延遲不敏感，還要滿足延遲5ms以下的實時控制業(yè)務(wù)。在應(yīng)用方面，除了要滿足靜止和低速狀態(tài)下的需求，還要滿足一些飛機、高鐵等超高速的應(yīng)用。所以，要想制定一個統(tǒng)一、規(guī)范的通信協(xié)議，達到業(yè)務(wù)靈活需求，還面臨較多問題。

3.4 網(wǎng)絡(luò)能耗、成本問題

供應(yīng)千倍數(shù)據(jù)流量的同時，還要保持現(xiàn)下的運行成本及用戶成本是5G移動信息技術(shù)的目標。而此目標就表明在供應(yīng)流量的同時，其總體能耗不可進行大幅度增加。所以，5G移動信息網(wǎng)絡(luò)的終端能耗效率就要提升千倍，同時還要有效降低比特開銷千倍，這對與空間傳輸、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等多種技術(shù)都提出了嚴峻挑戰(zhàn)。

4 5G通信技術(shù)未來發(fā)展前景

現(xiàn)下，4G移動通信技術(shù)已經(jīng)普及，與3G移動通信技術(shù)相比，4G的帶寬較高，同時還能發(fā)送及接受一些質(zhì)量較高的視頻及圖片。除此之外，4G移動通信技術(shù)的下載速度要比撥號上網(wǎng)快上幾千倍左右，同時其上傳速度也可以達到30~50MMbps左右，一般情況下可以滿足大部分用戶對于無線需求。與之前的3G、4G相比，5G容量較大且傳輸速度較快，同時還可以在多個設(shè)備上同時使用。使用智能手機或者其他可以穿戴的設(shè)備或者智慧物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備[5]。除此之外，5G還可以有效擴寬其連續(xù)覆蓋面積，同時還可以支持較高的移動速率，使得萬物之間都可互相關(guān)聯(lián)。除此之外，與4G移動通信技術(shù)相比，5G技術(shù)是其整體容量的千倍左右；現(xiàn)階段下，我們所應(yīng)用的4G移動網(wǎng)絡(luò)主要是針對智能手機所研發(fā)的，并沒有針對物聯(lián)網(wǎng)的某些需求進行優(yōu)先完善，與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G移動網(wǎng)絡(luò)使用設(shè)備范圍在其數(shù)十倍左右，且在運行過程中耗能量較低；此外，4G不可以在手機上玩一些實時在線游戲，但是5G網(wǎng)絡(luò)卻可以實現(xiàn)。5G通信技術(shù)的應(yīng)用會將人類帶入一個高速率、低消耗、大連接的全新革命體系，而非單純的速率提升。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)業(yè)務(wù)及管理都會發(fā)生一些本質(zhì)變化，且移動通信產(chǎn)業(yè)也會隨之改變。5G無線通信技術(shù)具有明顯發(fā)展優(yōu)勢，可以更好地滿足后續(xù)社會群眾日常需求，為其日常工作提供一定便利。我國就5G通信行業(yè)發(fā)展趨勢提出了明確規(guī)劃，不管是站在業(yè)務(wù)支持方面還是其余方面，都要明確其未來發(fā)展規(guī)劃，除此之外，還要在其過程中將應(yīng)用射頻等無線技術(shù)。為了更好地提升用戶感受，還可以動態(tài)流量標準為依據(jù)對通信系統(tǒng)資源進行科學(xué)分配。

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會大眾對移動通信技術(shù)的需求也在逐年增加。5G移動通信技術(shù)的出現(xiàn)不僅滿足了當前移動通信技術(shù)發(fā)展需求，同時相比4G移動通信技術(shù)，其覆蓋面積、整體性能、系統(tǒng)安全、用戶自身體驗等多個方面都有明顯優(yōu)化。在未來5G研發(fā)過程中，其還會同時具備靈活性較高、自我調(diào)節(jié)、自我感知等多種智能化技能，進而更好地滿足未來社會發(fā)展需求。

5 結(jié)束語

5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，會將通信行業(yè)的技術(shù)進行又一次的創(chuàng)新，依據(jù)當前我國運營商收入的整體配比來看，大部分都是來自于語音、SMS服務(wù)方面，而高速數(shù)據(jù)服務(wù)現(xiàn)在尚處于一個剛剛開始的萌芽期，而通信技術(shù)逐漸向商業(yè)化轉(zhuǎn)型對運行商支出與收入不均衡的情況也有明顯積極作用。但是隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民對通信技術(shù)的要求也在逐漸提高，因此相關(guān)工作人員應(yīng)加大對5G的探究及未來發(fā)展趨勢的關(guān)注力度。在其發(fā)展過程中，可有效推進我國經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展，更好地實現(xiàn)全球經(jīng)濟一體化。

[1]張躍飛.對第五代移動通信系統(tǒng)5G標準化展望與關(guān)鍵技術(shù)的探討[J].數(shù)字通信世界，2017.

[2]李棟梁，王穎喜.我國5G移動通信的發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].通訊世界，2017.

[3]凌敏.5G移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢的分析與探討[J].無線互聯(lián)科技，2017.

[4]邢天倫.5G移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢的分析與探討[J].中國新通信，2017.

[5]徐鵬，郭鴻.對新時期5G無線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與應(yīng)用分析[J].通訊世界，2017.