淺談5G關鍵技術及未來展望

袁云佳

摘? ?要：隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高，移動通信成為人們日常關注的焦點之一。目前，新一代的5G技術（第5代移動通信系統）正在大力發展中，國內也逐漸推出了幾款5G手機，開放了部分5G試點城市。5G技術的出現不僅是速度提升的體驗，將來更會滲透各行各業，很大程度上改變人們的生活習慣。結合國內外近年來的發展形勢，文章對5G技術的概念及發展現狀與未來展望進行了簡要的介紹。

關鍵詞：5G技術;應用;發展

如果把2G，3G，4G比喻成單車、汽車和飛機，那么5G就如同火箭。現今，國內4G網絡已經基本實現了全面覆蓋，滿足了廣大用戶的家庭網絡電視播放、高清視頻通話等娛樂社交的需求，給人們的生活帶來了極大的便利。但是為了追求更高速的數據傳輸，與全新的時代接軌，4G網絡已經不足以勝任了。所以現在國內外的電信運營商、設備商都紛紛開啟了5G項目的研究與開發。2012年11月歐盟出資了2 700萬歐元支持5G項目（Mobile and Wireless Communications METIS Enablers for the Twenty-Twenty（2020）Information Society）的研究。2013年，韓國、日本無線行業企業協會（Association of Radio Industry Businesses，ARIB）分別成立了5G Forum和2020 and beyond Ad-Hoc。國內的工業和信息化部、發改委和科技部也共同成立了IMT-2020推進組。目的都是為將來第5代移動通信系統的發展打下良好的基礎。未來，5G技術會為“萬物互聯（“人與物，物與物”）”、智能交互、人們生活全面智能化提供無限可能[1]。

1? ? 5G技術概念

5G作為4G的延伸，又稱為第5代移動通信技術。5G的概念最早是在2001年由日本的NTT公司所提出，而我國則是于2012年的中國國際通信大會才開始提出。現在國際上雖然還并沒有5G通信技術統一的制式標準，但是其相關的概念和發展趨勢都已經受到了許多業界的認可。

與4G相對比，5G技術在完全實現后會具有非常高的頻譜利用率與能效，傳輸速率和資源的利用率會提升量級。其無線覆蓋性能、傳輸時延和用戶體驗也會隨之明顯提高。當然5G的出現并不意味著4G就要被淘汰了，相反5G技術還會與現在的4G技術更加密切結合，共同構成一個新的網絡體系架構，滿足不同層次的技術需求，減少不必要的資源浪費。與此同時5G的應用范圍也會進一步擴展，成為幾乎所有智能產品和M2M通信等的重要指標之一，而且未來5G系統還將擁有相當的靈活性、自我感知和調節等能力，以應對新時代的快速變化與發展。目前國內外都在對5G的發展路線、應用場景、頻段選擇、關鍵技術等進行熱議，在2015年世界無線電大會前后達成統一共識，并在2016年開始著手標準化相關的進程[2]。

5G無線通信技術實際上就是超級無線互聯網網絡，擁有以“ms”作單位的超低延遲，可以在每平方公里連接數百萬的設備。在發展過程中實現5G的關鍵技術主有以下幾種。

1.1? 毫米波

毫米波是波長范圍在1～10 mm，頻率在30～300 GHz的一種無線電波。以前的移動通信工作頻段都基本在3 GHz以內，已經對頻譜資源的占用造成擁擠的現象。現在采用的高頻段無線電波資源則較為豐富，能有效地緩解頻譜資源緊張的狀況，還能實現短距離高速通信，支持5G的容量還有傳輸速率等需求。但是毫米波也存在一些問題，即其只能短距離的傳輸、穿透和繞射能力也較差、還會受到惡劣天氣的影響。所以要將毫米波頻段應用在5G技術的服務上，仍需要進一步的研究和完善。

1.2? 大規模MIMO技術

現在多入多出系統（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術已經在長期演進（Long Term Evolution，LTE）、無線局域網（Wireless Local Area Networks，WLAN）等服務有著廣泛的應用。從理論層面來說，布置的天線越多，頻譜的效率和傳輸的可靠性也會隨之提高。近些年來，MIMO技術一直被廣泛關注，從無源到有源，從二維過渡到三維，更從高階的MIMO到大型的天線陣列不斷升級，頻譜效率也可能因此提升10倍之多。所以MIMO技術也是5G的一個重點研究方向。

1.3? 高帶寬傳輸

通過香農定律可以得知，信道容量和帶寬、信噪比成正比。因此要讓5G擁有高速率的數據傳輸能力就得有更大的帶寬。而頻率越高，帶寬就越大，信道容量就越高。所以，高帶寬傳輸成為5G的最佳選擇。

1.4? 新型空中接口技術

為了讓應用更具靈活性，頻譜有更高的利用率，專家們都認為5G通信應該采用與4G截然不同的空中接口技術。目前研究最為主要的包括非正交多址接入技術、濾波組多載波技術、全雙工技術等。現在各個商家廠家都在大力推動自己主導的新技術，希望能在5G系統上有所表現。但是這些技術是否能有效地發揮作用，還需要進一步地實驗與探究驗證。

1.5? 密集網絡

在未來5G的發展，無線通信網絡會朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化和智能化的方向演進。因為隨著科技的進步，人們生活水平的提高，智能設備會大量的普及，數據流量也會爆發式的增長。傳統的網絡覆蓋方式是無法滿足這些需求的。所以預測5G會采用新的網絡覆蓋方式，在傳統的網絡層中添加大量的微蜂窩、微微蜂窩、毫微微蜂窩等接入點。同時隨著物與物連接的網絡增加，繼續采用更密集的網絡覆蓋方案[3]。

2? ? 5G的發展現狀與未來展望

5G作為最新一代的移動通信技術，目前全球已經超過50個運營商正式宣布了商用，新部署的5G基站也累計超過20萬個。然而大規模建設的只有中國、韓國以及歐美少數發達國家。雖然5G的建設還在處于初步階段，但是在今年，國內將建設50多萬個5G基站，加快全球5G的戰略部署[4]。從近幾年的發展可以看到，中國5G技術已經在全球遙遙領先。國內的手機品牌企業華為、魅族、VIVO、小米等已經先后推出了多部5G手機，美國的主打品牌蘋果手機卻還沒有相關消息。而且5G網絡也在北京、上海、重慶、廣州、雄安、深圳、杭州、蘇州、武漢等城市開放了試點測試與應用示范。最具出名的便是北京大興國際機場，又稱為“5G空港”，因為在大興國際機場以及周圍鐵路實現了5G網絡的全面覆蓋，為人們提供最新智能產品的服務。目前我國的5G網速比預想的還要快，下載速度可以超過1 GB/s，是4G網速的50～100倍，下載電影或游戲幾秒鐘可以完成。可見，我國科技力量之強大。未來5G技術將會加速產業的融合，引發產業領域的新變革。同時5G技術還會滲透到消費、工業、科技、教育等各行各業，推動時代全面智能化方向發展。

3? ? 結語

文章對5G技術的概念及5G的發展現狀與未來展望進行了簡要的介紹。5G作為目前最新的移動通信技術，其帶來的變革將是巨大的，就像4G和5G的比喻一樣，飛機與火箭。5G也必將引領人類走向一個新的時代，影響著生活的方方面面。但這并不會是終點，相反恰恰只是起點，因為人類是不斷追求著進步的。5G之后6G，7G……也會緊接而來，人們要做的就是與時俱進，為迎接新時代的到來做好準備！

[參考文獻]

[1]夏威，劉冰華.5G概述及關鍵技術簡介[J].電腦與電信，2014（8）：51-52，55.

[2]龐雪蓮.5G概述及相關技術[J].信息技術與信息化，2015（5）：102-107，123.

[3]馮宇.5G概述及R&S測試解決方案[J].電信網技術，2015（4）：84-90.

[4]王喜瑜.5G：期待中發展，質疑中生長[EB/OL].（2020-01-20）[2020-02-19].http：//finance.eastmoney.com/a/202001201363170286.html.