5G時代面臨的挑戰及關鍵技術探討

鄧雄才

時代發展迅速，科技也是日益先進，移動通信技術也隨著科技的發展一直向前快速前進并影響著越來越多的領域。4G的出現已經很大程度上改變了人們的生活。但是伴隨著科技的迅速發展，在時代對于通信技術的要求也越來越高。相比較4G移動通信技術來說，5G具有更先進的科學技術，更加的智能化，同時解決了很多傳統通信技術所不能解決的問題。

一、5G移動通信的概念以及現狀

（一）5G移動通信技術的定義

第五代移動通信技術簡稱為5G，是對4G進行全面升級，既是無線網絡的統稱又不同于我們平時所理解的無線網絡。前幾代移動通信技術不論是在業務方面還是在性能方面功能都太過單一，但是隨著時代的發展，目前對于通信技術的要求卻是非常高的。5G通信技術會盡可能的提高頻譜利用效率、資源以及更密集的部署，最大程度上滿足用戶對于移動通信技術的要求。

（二）5G移動通信技術的研究現狀

2013年，我國組建了5G移動通信技術的研究小組，致力于5G移動通信技術的成功開發，任務是探討出來5G移動通信技術的關鍵技術以及發展方向并且設計此項技術的框架，盡最大可能使我國的移動通信技術能夠趕超世界水平。目前為止我國的華為集團已經成功研究出來了5G移動通信技術，但是這項技術還不是很成熟，需要更進一步的完善并且通過實踐來檢驗這項技術的真實效用。

二、5G移動通信技術的關鍵技術

（一）大規模MIMO技術

多天線技術隨著科技的發展經歷了很多的階段，從無源改善為有源、2D、3D天線的轉換以及由高階到大規模MIMO技術的發展。大規模MIMO技術特征主要分為兩個方面，一方面是相比較之前的MIMO技術，大規模MIMO技術大幅度的提升了空間分辨率并且可以更進一步發掘空間的維度資源，促使多個用戶可以共用一個時頻資源。大規模MIMO技術可以最大程度上提高頻譜效率。另一方面是大規模MIMO技術可以盡可能的減少干擾并且減少發射功率，當天線足夠大的時候，噪聲以及一些不相干的干擾就可以忽略。

（二）全雙工技術

可以同時同頻進行雙向通信的技術就是全雙工技術，無線通信系統始終存在著網絡側和終端側的發射信號對于接收信號的自干擾，所以現在的無線通信設備沒有足夠的條件完成同時同頻雙向通信，正是因為同時同頻受到限制，導致一半的無線資源就被浪費掉。全雙工技術可以完美的解決這一問題，實現同時同頻雙向通信并且大幅度提高頻譜利用效率，最大程度上消除干擾，是移動通信領域的一個重大突破。

（三）基于電磁波角動量特性的新型無線傳輸技術

無線傳輸的介質是電磁波，這個新型無線傳輸技術極可能最大程度上提高無線通信的容量，并且可以在某一個固定頻帶范圍內完成無限多的信道傳輸，這就可以有效地解決無線通信頻譜擁擠的問題。同時，環境條件對于電磁渦旋有著很大的影響，所以一旦環境條件發生了一些變化，波束扭轉角度就會受到很大的改變從而影響到電磁渦旋，如何將大量的電磁渦旋波態分離成為了通信技術發展的重大挑戰。

（四）超密集異構網絡技術

未來的移動通信業務主要分為兩個方面，一方面是室內業務另一方面是熱點地區，所以超密集異構網絡技術將成為實現更多倍流量要求的方式之一，超密集異構網絡技術可以大幅度的完善網絡覆蓋以及提高系統容量，對業務進行準確劃分。網絡拓撲由于逐漸密集的網絡部署變得非常復雜，系統容量的增加受到小區干擾的限制，并且將會影響到網絡的能效會使能效降低。因此，消除干擾、小區迅速發現、密集小區間協作、基于終端能力的提高以及移動性增強等都為密集網絡方面問題的探究提供了努力方向。

（五）空間調制技術

把每一個數據進行編碼并且找到其所對應的位置并且經過多個天線合成發送的過程叫做空間調制。雖然空間調制技術是由很多個天線組成的，但是使用這項技術的時候，其實只有一個天線實際在正常工作，其余的天線始終都是處于待命狀態的。每一個信息都將被準確分成兩個字節，如果涉及到發射天線的數量和天線陣列信號星座圖的大小，將使用第一個字節進行判斷是哪一個天線在工作狀態，第二個字節用來將天線陣列信號圖的信息經過天線成功發送出去，這項新型技術可以在很大程度上提高傳輸效率。

三、5G移動通信技術所面臨的挑戰

（一）頻率挑戰

通信技術發展迅速，隨之而來的就是無線電頻資源稀缺方面的問題，頻譜資源消耗量越來越大，所以分配給5G移動通信技術的頻譜資源更加的適合于室內業務，在室外的效果明顯不是很好。所以高頻段資源對基站的覆蓋提出了挑戰，如何使室外覆蓋的需求得到滿足、怎樣在不影響到網絡性能并盡可能的減少基站密度是目前5G通信技術需要面臨的挑戰。

（二）網絡能耗挑戰

移動通信領域的能源消耗量十分的大，所以時代對5G移動通信技術的要求就是將能源消耗降低到最小，大概比傳統的能源消耗降低十倍左右。同時在提供1000倍流量的時候，網絡總體能耗以及運營成本盡可能的保持不變，這將致使網絡構架、空口傳輸、交換路由、內容分發、網絡管理、網絡規劃以及網絡優化等方面需要做出的改進成為了移動通信技術的新型挑戰。

（三）物聯網和業務靈活性挑戰

互聯網和傳統電信網的信息載體就是物聯網。5G移動通信技術將會與物聯網相融合，變得更加智能化更加方便與用戶的使用。同樣物聯網要面臨更多的挑戰，例如系統容量、服務質量、傳輸瓶頸以及安全隱患等方面，如果5G移動通信技術在將來被廣泛使用，就意味著移動通信的業務范圍以及業務靈活性都需要提高。在業務應用上面，5G通信即需要滿足普通用戶的靜止以及低速的要求，又需要滿足高鐵或者是航空器等高速或者超高速的要求，因此制定統一的通信協議是需要的，所以業務靈活性方面還面臨著很多的挑戰。

（四）終端方面的挑戰

5G移動通信技術是多技術的集成網絡，為了順應時代的要求，將來的終端要支持5-10個以至更多個的無線通信技術，另外加上Wi-Fi、紅外、藍牙以及FM收音機等智能化終端，就必須要求5G移動通信技術需要實現低成本多模終端同時待機時間需要在現在的5倍左右，所以5G移動通信技術在終端方面還有很大的挑戰。

（五）環保方面的挑戰

隨著科技的發展，大部分的科學技術都會朝著環保的方向前進，無線技術會使能量被大量的消耗，導致二氧化碳的排放量快速增加，二氧化碳的急劇增多確實是給環境造成了巨大的壓力。所以在5G移動通信技術開發的時候，盡可能的高效節能，使能量損耗達到最低，所以在環境保護方面也是對5G移動通信技術的一個重大挑戰。

（六）經濟影響方面的挑戰

移動通信技術越來越先進，隨之而來的就是經濟將會被帶動，因為涉及到經濟方面的問題，所以需要政府部門的大力支持，管理好運營商和相關管理機構的關系。并且對于使用5G移動通信方面的費用制定也要進行認真斟酌。所以5G移動通信技術對經濟的影響也將是一個重大的挑戰。

（七）低延遲和高可靠性方面的挑戰

移動通信技術在實際應用中低延遲性以及高可靠性是非常重要的。比如說機器人來監控病人、生命安全系統、基于云的游戲、核反應堆、傳感器、無人機以及聯網的運輸系統的信息傳輸，但是它需要供給快速連接、快速切換以及高速率傳輸效率這方面的技術，這就是大規模網絡傳輸中低延遲性以及高可靠性需要面臨的巨大挑戰。這是未來5G時代需要解決的技術性問題。

四、對5G關鍵技術挑戰的應對策略

利用MIMO技術來提高高頻譜的利用效率，并且使數據速率快速提升。

超密集網絡技術的應用，這種新型技術可以使終端的移動性大幅度增加以及提高小區的網絡能效。

新型架構的應用，減輕干擾，降低能耗以及提高頻譜效率，更加的智能化，能夠有效維護以及降低運營成本。

5G移動通信技術所存在的挑戰首先需要積極的面對，經過認真的探究找到合適的解決方法，然后讓5G移動通信真正的造福社會。