5G的關鍵技術及面臨的挑戰(zhàn)問題分析

馬超

摘要：隨著通訊技術迅猛發(fā)展，人們對科技的不斷探索，以及人們對通信技術的需求的不斷提高，4G技術在不斷的發(fā)展，與時俱進。因此，5G成了在4G技術發(fā)展基礎之下的又一大通信技術的突破。隨著通信技術的不斷革新，5G的出現為人們提供了更加便捷的通信服務。但是目前5G技術仍在發(fā)展當中還面臨著一系列的挑戰(zhàn)。因此本文將分析幾項5G關鍵技術及面臨的挑戰(zhàn)。

關鍵詞：5G技術；技術挑戰(zhàn)；技術分析

隨著人們對通信技術的需求的不斷提高，以及人們在通信技術領域的不斷研究和突破，相比4G技術，5G技術在傳輸速度、覆蓋性能、以及其他方面比4G技術更為優(yōu)秀，5G技術是無線通信技術領域的一大突破。5G技術是互聯網在未來發(fā)展的一個重要方向，對通訊行業(yè)和未來的新興業(yè)務以及各個領域的發(fā)展具有重要的作用。但是在目前，5G技術在發(fā)展上仍然面臨著一系列的問題和挑戰(zhàn)。

1、5G大規(guī)模MIMO技術

1.1大規(guī)模MIMO技術

大規(guī)模MIMO技術是指通過使用多個接收天線和發(fā)射天線實現通訊質量的提高，它能夠充分的利用空間資源，在不改變頻譜和發(fā)射功率的條件下，極大的提高了通訊容量，提升了通訊的質量和傳輸效率。MIMO技術也是目前5G技術發(fā)展的關鍵技術。大規(guī)模的MIMO技術可以幫助網絡中的眾多用戶在同一個時間在進行通信，它能夠有效的降低用戶通信時的網絡干擾，并且提高通信傳輸效率。5G技術MIMO技術極大的提高了空間分辨率以及針對特定方向的信息傳輸，有效提升能源和頻譜利用率。目前MIMO技術已經廣泛應用于wifi等，一定程度上來說，天線越多，信息傳輸速度也就越高。MIMO技術可以通過使用低廉的無線組件實現通信的高頻效率，無線頻譜的提升大大增強了網絡覆蓋面積，同時增強了系統的容量，為網絡運營商提供更多的資源。

1.2面臨的挑戰(zhàn)

導頻污染問題是MIMO技術目前發(fā)展面臨的一大挑戰(zhàn)。不同的用戶可以使用不同的導頻信號，但是符號周期小于相干時間，這就導致了同一個地區(qū)的導頻信息不能無限多，即在該地區(qū)人們會接收到來自不同基站的信息，從而無法使用相同的信息，也因此造成了導頻污染。而大規(guī)模MIMO技術在發(fā)展上需要得到大量的經費支持以及硬件技術支持，這也是制約大規(guī)模MIMO技術發(fā)展的一項挑戰(zhàn)。

2、5G全雙工技術

2.1 5G全雙工技術

全雙工技術實現了數據的接收和發(fā)送的同步進行。我們所使用的手機電腦一般都具有全雙工技術，可以實現在兩臺設備之間同時進行數據的傳輸，并且設備相互之間不會受到信息傳輸終端的信號干擾。全雙工技術通過有效提高頻率利用率，打破了一般通信系統無法實現雙向傳輸的技術壁壘，有效的實現了多頻率的信息傳遞，成為了目前無線通信技術的一大重點研究方向。全雙工技術能夠充分地挖掘并利用5G技術中的無線頻譜資源。

2.2面臨的挑戰(zhàn)

全雙工技術大多使用的是獨立天線，所以在當收發(fā)天線相距比較近的時候，天線之間會產生強烈的干擾。目前全雙工技術擁有兩種模式，fdd頻分雙工，其所使用的是兩個完全對稱的頻率通道用于接收和發(fā)送信號；tdd時分雙工，即在不同的時間對同一個頻率通道內的信號進行發(fā)射和接收。雖然目前全雙工技術可以實現在同一個頻譜和時間內進行信息的發(fā)射和接收，并提高了頻譜效率。但是不管tdd還是fdd，全雙工技術在目前的發(fā)展當中都面臨著“自干擾”這個嚴峻的挑戰(zhàn)。系統在進行信號發(fā)射的時候會對信號接收產生強大的干擾，在這種情況下如果再使用全雙工技術，這就會導致系統罷工。所以自干擾這一挑戰(zhàn)對全雙工技術的發(fā)展來說具有不可忽視的影響。

3、5G超密集異構網絡技術

3.1 5G超密集異構網絡技術

5G技術就是能夠同時接入各種無線技術實現信息和通信的無線傳輸。因為超密集異構網絡技術所使用的大小網絡基站之間的密集程度相對較高，所以這就使得網絡節(jié)點和用戶終端之間的距離較為接近，因此相對于其他的網絡系統來說，在功率效率和頻譜效率上更為優(yōu)良。在目前超密集異構網絡技術也被認為最具有發(fā)展前景的網絡技術之一，已被明確納入研發(fā)機構的重點研究項目。超密集異構網絡技術是在空間上組合了不同覆蓋范圍和不同功能的基站，超密集無線異構網絡會隨著技術的發(fā)展而不斷超過現在網絡的覆蓋密度和規(guī)模。超密集無線異構網絡可以有效的避免由于頻譜資源和能量資源的缺乏而對無線通信技術造成的阻礙。

3.2面臨的挑戰(zhàn)

盡管超密集異構網絡技術相對于其他的通信系統擁有很好的發(fā)展前景，但是仍然存在著一些技術缺陷和挑戰(zhàn)。首先就是因為大小基站和網絡節(jié)點之間距離較短，這就造成了系統內部的無線電接收之間的頻率干擾。而且超密集異構網絡技術不可避免的面臨一系列的挑戰(zhàn)，比如對于大小基站的開關控制，如果掌握不好開關的操作會給系統帶來負荷以及網絡震蕩。節(jié)能降耗也是超密集無線異構網絡所面臨的一大難題。想要實現節(jié)能降耗就需要關閉基站。但是關閉基站的同時會加大基站和網絡節(jié)點之間的通信距離，影響網絡通道信息傳輸的效率。

在5G技術發(fā)展的過程當中也面臨著其他重要的挑戰(zhàn)，其一就是成本和能源的增加。隨著技術的不斷發(fā)展，由此對基本設施以及資源成本等方面的要求也會不斷增強。而且5G技術發(fā)展的一大基礎就是巨大規(guī)模的數據流量，所以它對數據的傳輸速率具有極高的要求，想要最大化提高網絡速率而不考慮網絡配置的限制具有很高的難度以及極大的挑戰(zhàn)。5G技術發(fā)展的主要目標并不是速度，而是實現保持網絡終端的持續(xù)聯網狀態(tài)，無論用戶身處何地，都能保持網絡的穩(wěn)定連接。同時頻譜資源短缺也是5G技術發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，隨著5G技術的不斷發(fā)展，市場對于頻譜資源的需求也將不斷增大，這也將加速頻譜資源的短缺情況。

總結：

5G技術賦予了通信技術領域更高的研發(fā)追求以及研發(fā)空間。無線網絡技術以及無線接入技術的發(fā)展會加速5G技術的進一步發(fā)展，而5G技術也會為各個行業(yè)帶來極大的發(fā)展，改變人們的生活，具有極其廣闊的發(fā)展前景，但是與此同時仍會面臨著挑戰(zhàn)。

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