新時期5G 無線通信技術發展跟蹤與應用分析

賈 磊

（同信通信股份有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引 言

移動通信的發展從20世紀中期開始，當時的通信過程需要靠無線電波進行傳輸，需要通過人力在數據總機上進行轉接，為其接聽主叫方與被叫方，而無線電話由于體積的限制，可安裝的地點寥寥無幾。21世紀初，3G移動寬帶時代來臨，可以傳輸更多的數據資源，可以上網查閱收集資料，觀看視頻影音，用戶數量指數級增長。2011年起，4G技術在全國范圍內普及，移動通信正式融入人們的生活，傳輸速度的提升提高了其功能性。現在，5G技術已經來臨，人們將迎來網絡通信技術新發展的大時代。

1 新時期5G無線通信技術出現的背景

5G系統的靈活性是當今時代發展的必要條件，也是經濟、技術和社會飛速發展下的必然產物。現階段，5G移動通信已經成為國內外研究的重點項目。據悉我國華為公司已經掌握了較為完善的5G移動通信體系，并且應用良好。5G系統基于未來設備設施的優化以及相關技術的進步，能夠完善新的體系結構，開創全新的智能化新時代通信。

2 5G無線網絡通信技術概述

5G的面世在某種程度上奠定了數字化時代信息革命的高潮。作為新一代的移動通信網絡，其最大的優勢就是傳輸質量和傳輸速度顯著提升。5G的信息傳輸速度最高可達10 Gb/s，下載一部電影只需要短短數秒。5G網絡不局限應用于智能手機和平板電腦，還包括智能手表、家庭電子設備等。

5G的原理是C=λV，即光速=波長×頻率[1]。傳統的有線通信被距離空間所限制，為了保證信息的傳輸速度和質量，需應對空氣中的傳播影響因素。5G信號的傳輸是應用超高頻電磁波進行的，頻率越高速度越快，因此實現5G系統全面覆蓋開展商業化的相關技術理論成為現實。高頻的電磁波，頻率越高則波長越短，直線傳播過程中衰竭的程度也越大。實際上，日常生活的通信中廣泛存在遮擋物。如果使用5G網絡，那么為了覆蓋相應范圍并提升通信質量，就必須增加基站數量。現實因素既促進了5G通信網絡的研究，又阻擋了其發展。5G網絡通信的發展仍存在許多困難和挑戰。要克服相關問題，必須以正確的方法、合理的姿態來面對眾多客觀限制條件，如資金成本、土地資源及收費方式等[2]。

3 5G無線通信關鍵技術研究

5G無線通信技術的方案設計和核心技術研究都有不同領域的內容設計，對于運行和設備方面都在不斷創新。

3.1 新型多天線傳輸通信技術

傳統手機由于通信技術的限制必須要在手機上安裝天線，而數據天線的“消失”，代表著通信技術的進步。通過隱藏在手機內部的天線，可以了解到天線的長度與波長成正比例關系。由于高頻電磁波的應用，波長的長度變短，導致天線變短。這就意味著原本存放天線的區域由于體積變小，可以適當地增加數量。覆蓋大范圍的基站也顯著增加了天線的數量。通過對天線進行改進，能夠有效提升容量、速度以及耐性。通過有效提升陣列增益及干擾抑制增益，使通信工作性能得到較大提升。5G發展過程中，天線技術不斷發展，能夠更好地滿足業務需求。此外，多數量、小范圍的微基站既增加了通信效果，又不會對人們的身體造成影響[3]。

3.2 高頻通信技術

未來5G通信技術應用中，高頻傳輸作為5G網絡技術的核心，需要根據波長在實際傳輸過程中受到的影響進行完善。5G高頻傳輸通信技術主要是克服電磁波的輸出頻段以及損耗影響，保證傳輸性能。由于直線傳播損耗較多，且電磁波同光的傳播一樣是向四周發散的，所以高頻通信技術實則是將信息傳輸的路徑進行規劃，將四周發散的電磁波進行集中傳輸。通過波束賦形的階段，通過對射頻信號的相位控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向所提供服務的手機，而且能根據手機的移動轉變方向。這種空間復用技術由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高了基站的服務容量[4]。

3.3 密集網絡通信技術

由于人口的不斷增長，通信技術的相關業務需求也成幾何倍數增長。一個人可能同時具備2～3個需求通信網絡的設備，所以需提升通信技術性能和擴大覆蓋范圍。密集型網絡通信技術通過眾多微型基站的建立，大幅提升了網絡覆蓋率，并減少了不同區域內的干擾密度。

3.4 毫米波技術和大規模多輸入輸出技術

5G網絡技術的突出特點之一就是解決了無法應用毫米波技術和大規模多輸入輸出技術的問題。大規模多輸入輸出技術是為了解決特定區域內的數據交流和轉換問題，對于天線數量、陣列都有要求，可滿足密集人口區域設備連接的穩定性，提升信息傳輸質量，保證通信服務。大規模多輸入輸出技術的缺陷在于天線過于密集，會出現信號波交流、互相干擾，降低了通信效率，使數據交流出錯。5G技術通過波束成形和大數量小基站，將其應用轉化為現實。

4 5G無線通信技術的應用

5G無線通信技術的應用，不僅充分滿足了用戶的需求，并且兼容性良好。5G的突出優勢是高速性，在智能手機、平板電腦的資源下載中能夠完美體現。此外，5G網絡下的信息存儲，能夠通過高效率的傳輸功能將信息上傳至云空間，有效保障了資料存儲的可靠性與安全性。

5G技術的兼容與4G、3G、2G通信協議以及WiFi通信技術一樣，在智能終端操作時可以進行選用。高兼容性使得5G的使用用途更具有針對性，并能夠基于用戶需求開啟功能，在不需求時關閉使用，能夠有效減少資源浪費。

5 5G時代與日常生活的聯系探討

5G網絡下的通信技術發展未來前景較為樂觀，無論是速度、穩定性還是時延，都能夠極大地滿足未來生活的需求。預計在2020年后，5G開始大規模商業化，即開始普及。5G 時代將構建一個全新的社會，實現人和人之間的溝通、人和設備之間的交流以及設備之間的數據接收與轉化。5G將下一代社交網絡、沉浸式游戲轉化成現實體驗，在電子信息設備中完成數據通信、智能聯網，而融入生活中的數字化功能可將無人駕駛、智能監控及功能型家具等應用轉化為現實[5]。

6 結 論

5G技術的研發與發展是當今社會的必然產物，現在正屬于技術標準形成的階段，在部分范圍已經投入使用。我國為5G網絡實現商業化和產業化做出了較大努力，5G技術的研發試驗也有相關政策扶持。對于新時期5G無線通信技術，要始終保持積極態度，不斷發展通信技術。