5G通信技術的介紹及未來的發展趨勢

謝雨岑 李 森

（北華大學電氣信息工程學院，吉林 吉林 132013）

1 5G通信技術簡介

5G，顧名思義，即第五代蜂窩移動通信技術，相比于4G，它具有更高的帶寬以及更快的網速，5G移動技術也對未來的互聯網還有物聯網的產業發展奠定了基礎。目前，5G數據采集技術主要是依托數字結構層來實現數據信息的采集、提取和監控。當前5G網絡數字結構層主要包括感知層、網絡層、數據層和網絡拓撲結構層，準確采集數據信息，對通信狀況進行全方位監控，理應重視優化網絡數字化結構層。感知層是數字結構中的最底層，多對應應用環境部署的終端網絡，涉及多個模塊。其中，傳感模塊主要功能是對通信狀況進行感知和提煉采集，該系統配置中安裝了日益成熟的數據傳輸設備以及安防報警設備。系統內部所部署的NB-IoT網絡傳輸數據信息是NB-IoT通信模塊的核心任務之一，等到這一模塊接收網關所下單的指令后立刻做出響應，然后按照標準要求完成數據信號的及時上發操作。NB-IoT通信模塊采用的是移動BC-35G，為真正實現全網通就需要借助BC28內核，能夠為多頻段信號傳輸提供充足的支持，優點主要表現為體積小、功耗低、性能高。

網絡層所應用的NB-IoT技術可以增加最大的鏈路預算是20dB，其覆蓋面積也會擴大100倍，與此同時，在基站單扇區，能得到支持的UE連接多達5萬個以上，因此，能對整個通信狀況進行全方位監控。

數據層系統可以充分利用OneNET物聯網平臺，這是一個專門在接收、處理數據時所利用的開放平臺，平臺定位于PssS，短時間內所搭建的應用系統相對比較安全、穩定，能夠支持多種標準的設備接入，在開發SDK時支持多種語言。為提高整個系統的安全性能，就需要使用專門的CoAP協議所使用的DTLS加密通道，確保能夠信息收集管理工作的安全性。

網絡拓撲結構可分為以下四種無線網絡終端組網拓撲方式：

第一，總線型拓撲結構。該結構組合簡單，部署靈活。當代總線型拓撲結構可以按照同一個信道與多個終端相連接，同時，為總線上相接每個終端，其優勢主要表現為成本低、連接方式簡單，便于更好地讓交互終端之間的信息與共享信息。但是，這一結構也存在許多不足，諸如信號傳輸與交互過程中會相互影響、信息傳送存在延時、故障診斷困難、隔離維護工作難度較大、很容易導致系統癱瘓。

第二，樹型拓撲結構。這種拓撲結構是以總線型拓撲結構為基礎，加入適當的分支，分支結果具有對稱性。這種結構能夠有效解決總線型拓撲結構所具有的弊端，但是無法充分地共享節點間的信息，還會影響系統的正常運行。

第三，環形拓撲結構。這種拓撲結構明顯不同于其他三種拓撲形式，簡而言之，該結構屬于一種特殊的閉合型拓撲結構，它在與各個終端相連接的過程中能夠充分借助所有環形通道，將請求信息發送給任何終端，而信息接收則交給其他終端負責，以此能夠雙向傳輸環形網中的各種數據。值得一提的是，一旦在這個環形網絡中的某個節點出現故障，就會導致整個網絡系統癱瘓，穩定性效果不佳。

第四，星型拓撲結構。這種拓撲結構所采取的組網形式就在于從中央的節點向外輻射的終端，借助中央節點就能夠對其他終端通信實現集中控制與管理，無須通過選擇路由器來實現數據的轉發，如果某個終端出現故障，也便于查找和維護，因此不會給其他終端的工作造成干擾，為更加良好地擴展工作提供便利。然而，因為中央節點的工作流程較為復雜、作業量大，因此對標準性能提出了很高的要求。

2 5G通信技術的特點

當前，在我國通信行業的演進歷程之中，我國依次經歷了“2G跟蹤，3G同步，4G突破”等方面的各個階段，5G即第五代移動通信技術的研發和成果，這個是在傳統的通信技術之下，跳出了單一的傳統通信技術，使之能夠有效結合起來的一種綜合引用技術，5G在信息傳播的速度上具有先天的優勢，在資源的利用上也有著前所未有的移動效果，所以5G技術的出現，標志著一個更快、更便捷的網絡時代正在來臨[1]。

5G技術有以下五項基本特征：

（1）5G通信技術研究在實現技術升級的同時非常重視為用戶提供良好的體驗，提高網絡的平均吞吐速率，改善傳輸時延和虛擬現實效果，將3D與交互式游戲等新興移動業務納入判斷5G系統性能的重要指標。

（2）當代5G通信技術系統不同于傳統模式下的移動通信技術系統，目前，5G系統研究不僅能為點到點的物理層傳輸和信道編譯碼，以此為核心技術目標，而且會將更為廣泛的多點范圍、多個用戶、多天線與多小區進行協作組網，以此為突破重點，進一步完善體系構架，全面優化網絡系統性能，大幅度提高網絡速率。

（3）5G通信技術系統中的高頻段頻譜資源應用更為廣泛，進一步改善了技術功能。不可忽視的是，因為受到高頻段無線電波穿透能力的限制，所以會采用無線和有線相融合的模式以及光載無線組網技術來實現傳輸。

（4）在室內，移動通信業務處于主導地位，5G技術的系統設計目標是無線覆蓋性能和業務支撐能力設置，這樣能夠使傳統模式下的移動通信系統發生轉變與升級，符合“以大范圍覆蓋為主、兼顧室內”的設計理念。

（5）在未來，5G通信技術的主要研究方向是可實現“軟”配置的無線網絡，運營商會結合業務流量的動態變化對網絡資源實時調整，從而使網絡運營的成本和能源消耗得以有效降低。

3 涉及到5G通信的關鍵技術

3.1 MIMO技術

MIMO技術即多天線技術，該技術是由多個天線鏈路組合而成，因而，該項技術組合需要各種原件，其接收設備與發射機也有多個專業配套。接收天線能夠在設備上面實施分布，布置流程非常簡便。相對而言，天線的數量越多，其頻譜效率與可靠性的提升愈加明顯。在組裝發射天線時，必須進行集中或者實施分布排列。其次，多天線技術不僅能夠去除本身的MIMO，而且可以有效提升高頻譜利用效率，并降低能耗。另外，5G移動通信技術能運用較為簡單的方法解決實際應用中的問題，通過利用多天線技術對設計進行簡化，實施信號分散，從而有效提升時間與頻譜利用率。

3.2 同時同頻全雙工技術

同時同頻全雙工技術不僅能夠提升頻率資源的利用率，而且能夠在同一時間接收到來自一條物理信道上的兩個不同方向的數據信號。其次，同頻全雙工技術能夠在同一時間完成信號發射與同頻數據信息接收工作，有效解決來自通信雙工節點自身發射機信號所產生的干擾問題。此外，同時同頻全雙工技術可以實現移動通信網絡的快速應用。當5G通信用戶和應用流量迅速增加，在傳統組網模式無法滿足相關需求，就需要借助同時同頻全雙工技術來實現海量數據的接收與傳輸，為用戶提供良好的體驗。

3.3 D2D通信

D2D英文全稱是Device-to-Device，即終端直通技術，該技術主要是指實現兩個對等的用戶節點之間的直接通信，屬于一種良好的通信方式。目前，在由D2D通信用戶所組成的分散式網絡結構中，各用戶的節點均可以實現信號的發送與接收，同時兼具自動路由（轉發消息）功能。其次，通信網路的參與者會共用一部分硬體資源，像信息處理技術、數據存儲和網路連接能力等。所有共用資源能夠為網路提供更為良好的服務和資源，同時，能為其他用戶提供直接訪問權限，無須經過中間實體。另外，在D2D通信網路體系中，用戶節點兼具伺服器與客戶端的雙重角色，用戶可以了解彼此的存在，自動組織成一個虛擬或者實際的群體[2]。

4 5G通信技術的未來發展趨勢

5G是目前最前沿的移動通信技術，其未來會朝著兩個方向去發展，一個是互聯網方向，另一個是物聯網方向。目前5G移動通信技術已經成為了世界通信領域都在研究的對象，我國也早在2013年就已經成立了5G移動通信技術研究的小組，以此來更好地適應互聯網和信息技術的高速發展。

在互聯網方面，隨著移動通信技術的進一步發展，相較于2G、3G、4G，在5G移動通信技術的背景下，網絡通信的整體環境在未來會更加科學、合理，這必將會帶動一大批移動業務和產業的快速發展，而要支撐這些移動業務的快速發展，就必須要有相對應的移動網絡，這也將會是衡量5G移動通信技術的重要標準之一，例如移動和聯通等大型運營商就相繼推出了“5G+”“5Gn”等戰略規劃，牢牢地抓住了5G的產業鏈，將其與4G的業務牢牢地結合了起來，起到了應有的效果[3]。

在物聯網方面，也出現了很多新的技術。物聯網顧名思義就是物體與物體之間實現聯網機制，它能夠讓物體走向“智能化”的特點。此項技術可以實現許多以前人們曾經幻想過的事情，比如自動駕駛功能，最典型的便是華為最近就在許多新能源汽車之中配置了自動駕駛技術，并且也在網絡上流傳了相關的視頻，視頻里駕駛過程十分流暢，成熟度也非常高。業界也將自動駕駛劃分為了L1-L5這5個級別，現今的技術已經能達到L2等級，已步入了智能化的領域，相信在不久的將來，隨著5G技術的發展，自動駕駛技術也能夠迎來一個質的飛躍。

5 結語

隨著科技的不斷進步，我相信在不久的將來，5G技術必將走向發展成熟的那一個時刻，到時候一定會有許多因為5G技術而誕生的新興產物等待我們去見證，遙想4G為我們帶來了二維碼和直播產業，使我們的生活多了更多的便利和樂趣。未來的5G也是如此。未來的5G一定會被廣泛地應用，并普及到每一個角落這是時代的改變也是對我們用戶的最大福利。