5G無線通信技術發展跟蹤與分析

摘 要：隨著通信技術的不斷發展和進步，5G無線通信技術已經成為當今通信行業研究的共同課題。我國政府對于通信技術的發展十分關注，對5G技術也投入了巨大的資金支持和技術力量。本文主要對5G無線通信技術的發展過程進行分析，并根據它的技術特點探討未來的應用前景。

關鍵詞：5G；無線通信技術；網絡架構

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0067-02

Development and Analysis of 5G Wireless Communication Technology

HAO Jianmin

（Network Operation and Maintenance Department of China Telecom Henan Branch，Zhengzhou 450000，China）

Abstract：With the continuous progress and development of communication technology，5G wireless communication technology has become a common topic in the communication industry. Our government pays close attention to the development of communication technology，and has invested tremendous financial support and technical strength in 5G technology. This paper mainly analyzes the development process of 5G wireless communication technology，and discusses the future application prospects according to its technical characteristics.

Keywords：5G；wireless communication technology；network architecture

0 引 言

近年來，隨著我國綜合國力的不斷增長，科研實力也在不斷提升。在通信技術領域，我國引入LTE長期引進技術，投入商業使用，推動了4G無線通信技術的推廣和發展。隨著5G技術的提出和不斷進步，該技術成為將來無線通信領域的主要技術指日可待。我國的無線通信技術已經經歷了2G、3G和4G時代，5G通信技術也布局已久，5G無線通信技術的發展將是我國通信產業快速發展的良好契機。我國只有抓緊機遇，不斷提高自身科研水平，才能進一步縮短與發達國家通信技術之間的差距。由此可見，對5G通信技術的發展進行不斷跟蹤和分析，對于大面積推廣此技術和為此技術的應用打好基礎具有重要意義。

1 5G無線網絡通信技術概述

5G無線網絡通信技術是在之前的無線通信技術基礎上進行升級和改造，在數據傳輸性能等方面全面領先4G無線網絡的新型無線通信技術。相比于傳統的無線通信技術，5G無線通信首次應用了納米技術，使傳輸速度得到有效提升，同時還注重數據傳輸的安全和保密。個人信息的加密是5G技術最突出的創新點，信息在傳輸過程中遇到問題會及時報錯，并有效進行保護，這在網絡技術發展越來越快的今天十分重要。

2 5G無線網絡通信技術中的核心技術

由于5G無線網絡通信技術是由主流的通信廠商和研究機構配合開發的，研究的方向和側重有所不同，對主要技術進行梳理可以發現，5G無線網絡通信技術由以下四個核心技術組成。

2.1 新型多天線傳輸技術

在通信產業不斷發展的同時，有一個問題日漸突出，那就是頻譜資源日益減少。合理、有效地應用頻譜資源是通信技術發展的必然要求。在這樣的背景下，相關研究機構相繼提出了基于大規模天線陣列（LSAS）和大規模MIMO等的通信技術。其中LSAS技術可以根據其特性衍生出巨大的陣列增益，同時對抑制增益進行干擾，這樣頻譜的總使用效率和邊緣頻譜的使用效率均可以得到提升，同時LSAS技術還具有空分多址的特性，可以同時為多個用戶提供服務。

目前多天線傳輸技術在LTE基站只能實現水平排列以及形成水平方向的波束，這樣在天線數目過多時，天線總尺寸過大會導致出現安裝困難的問題。5G技術在天線設計方面采用了軍用雷達的相控式設計，設計目標是最大限度地提升系統的空間自由。在這一設計理念下，結合LSAS技術加入垂直方向維度的波束，并提升用戶間隔離效果，這樣可以在水平和垂直方向同時放置天線，有源天線的引入為避免干擾和提升性能帶來了幫助，可以降低天線的耦合，保證能耗損失在可控范圍內。

與此同時，LSAS技術在5G無線通信技術方面的應用也為提升系統容量帶來了新思路，可以通過調整垂直方向波束來實現分裂不同的小區，實現資源復用的效果。

2.2 高頻傳輸技術

隨著無線技術在生活中的不斷應用，各國都出現了低頻段頻譜資源越來越少的問題，5G技術在研發過程中已經很難再找到適合的低頻段頻譜資源，同時5G技術對帶寬的要求非常高，需要射頻器件的工作頻率更好、更穩定。因此，5G技術發展的必然趨勢是向高頻段擴展，目前的研究中，毫米波頻段的頻譜資源較為豐富，在頻譜中可以看到具有很多連續的大帶寬，可以滿足短距離高速傳輸的需要。

根據電磁傳播的特性，高頻傳輸技術在推廣中面臨著一定的阻礙。例如空氣對電磁波的吸收作用，頻段越高，意味著空氣吸收越多、信號傳輸的效果越差，40GHz的電磁波在傳輸中會比10GHz的電磁波損耗高出20dB。另外，高頻段電磁波傳輸主要以直射路徑傳輸為主，因為繞射帶來的損耗過大，所以在用戶與基站的直射路徑受到阻擋的情況下，其損耗會比較大，信號傳輸的性能將有一定程度的下降。

2.3 密集網絡技術

密集網絡技術是5G無線通信技術向客戶體驗發展的重要方法，它采取密集部署的形式提升網絡總體的處理速度和性能，可以靈活應對未來增長的數據傳輸量，滿足業務需求。在實際操作中，密集網絡技術是在網絡中部署大量密集的節點，增強熱點，消除盲點，實現網絡的全部覆蓋。密集網絡技術的主要難點是提高其抗干擾性能，因為節點的密集會導致網絡拓撲逐漸復雜，因此，提高網絡抗干擾性能是目前研究的主要方向。

對于小區網絡來講，密集網絡技術可以根據客戶的不同需求進行快速部署，“臨時微蜂窩”概念的提出標志著小區網絡結構和性能對于初期網絡規劃的依賴逐漸減少，在增加網絡密度的同時，也可以為當前網絡帶來更大的容量。

2.4 新型網絡架構

5G無線通信技術的顯著特點是將各個通信方式進行良好的融合。因為用戶使用網絡的情況具有多樣性，未來的網絡將包括3G、4G和WLAN等多種方式。未來5G的發展趨勢是蜂窩與WLAN融合的組網架構，通過網絡的融合實現非授權頻段業務的交互和分流。

新型網絡架構的不斷應用預示著基站的壓力越來越大。在這樣的背景下，D2D（Device to Device）網絡的概念被提出來，D2D即終端到終端，指終端之間直接通過小區資源進行通信。D2D技術不用基站轉接就可以進行數據交換，可以減輕基站的一部分網絡壓力。對于通訊廠商來講，終端設備需要根據網絡交互情況來決定何時使用D2D通信模式，以及該通信模式與蜂窩通信如何共享，這些是目前需要解決的首要問題。

3 5G無線通信技術的發展趨勢

5G無線通信技術會隨著相關部門研究的深入而日趨成熟，無論是高頻傳輸方面，還是網絡的大容量、大帶寬方面都會得到提升和發展。互聯網業務的不斷發展也給5G無線通信技術提出了更高的要求，需要在無線通信中做到系統容量不斷擴增、傳輸速度不斷加快的同時，保證客戶信息的安全。就現階段網絡發展的方向來講，5G無線通信技術的研究還需借助其他優秀無線傳輸技術的經驗來進行合理規劃，例如對于小區網絡來講，推進智能化網絡架構發展，需要尋求增加熱點和降低干擾的平衡，增大網絡吞吐量，提升用戶體驗。

在未來的發展中，5G無線通信技術會對頻率資源進行進一步的分析和挖掘，無論是高頻段、毫米波還是可見光，更深入地利用頻率資源可以保證網絡帶寬充足，滿足網絡發展的需求。同時5G無線通信技術將更好地與當下發展火熱的物聯網技術進行良好的結合，更多機器之間會利用無線通信進行交互和應用，這就需要在研發通信技術時考慮到終端數量快速增長的問題，一旦大量終端并發接入，如何才能保證業務數據的穩定。由此可見，5G無線網絡通信技術的發展還有很長的路要走，要根據當前不斷增長的需求來拓寬網絡的可用性，通過制定接入方案和進行壓力測試等保證無線通信質量。

4 結 論

綜上所述，5G無線通信技術在不久的將來必然成為主流通信設備廠商和運營商競爭的焦點，雖然目前在技術上還存在著一定的瓶頸，相關行業規范也還在制定中，但是應用的核心技術和研究方向已經大致清晰。只有對其進行不斷地研究和準備，才能在之后的科研工作中更好地完成技術的研發和測試工作，只有對5G技術的研發過程進行不斷跟蹤和分析，才能提升我國科研競爭力，使先進的技術早日應用實踐，提升客戶體驗，提高通信質量。

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作者簡介：郝建民（1979.04-），男，河南安陽人，通信工程中級工程師，高級技師，本科。研究方向：無線網絡覆蓋規劃。