探究5G移動通信技術及其發展

董國梁

(兗州煤業股份有限公司信息化中心，山東鄒城，273500)

0 引言

網絡信息技術的不斷發展推動移動通信技術的深入和廣泛應用。盡管4G技術是當今移動通信應用的主導，可是5G移動通信技術業已取得了重大進展，我們迎來了5G時代。5G移動通信技術比4G移動通信技術具備更廣的網絡覆蓋面和更快的信息傳輸速率。為了有效地體現5G移動通信技術的應用價值[1]，務必持續拓展創新，密切聯系社會發展的步伐，不斷增強智能化技術能力，注重應用無線網絡技術、無線傳輸技術、智能化技術等一些5G的重要技術，有效地體現移動網絡的應用優勢，以拓展通信事業發展的廣闊天地。

1 5G移動通信技術的發展優勢

5G移動通信技術即第五代移動通信系統，5G技術跟其它無線技術的統一可以建設一個先進、一流的無線通信平臺。當今，人們的生活生產都緊密聯系無線通信，為了推動5G移動通信技術的進一步發展，應立足于固有基礎逐步體現其發展優勢：一是應用效率顯著和應用水平持續提升?；诟咝酶哳l段頻譜資源的影響下，無線寬帶、有線寬帶、光載無線組網等技術綜合滲透，因此，無線電波的穿透性顯著加強，推動其大大提高工作效率。二是信號傳輸質量和安全性提升[2]。相較于4G技術，5G技術具備尤為穩定的信號傳輸質量和安全性，其中5G技術顯著提高了應用效能，隨著5G技術的不斷開發，其不但可以保留固有技術的優勢，而且可以優化常規的點對點式通信傳輸技術，從而很好地實現用戶的傳輸需求，實施多變、多點、多面的傳輸形式，進而實現移動通信系統綜合性能的強化。三是加強用戶體驗。當前應用5G移動通信技術可以很好地完善傳統移動通信技術傳輸速率慢、收費標準高、網絡穩定性差的不足。其具備尤為穩定的網絡和非?？斓膫鬏斔俣?，以及收費標準會降低，從而可以讓消費者提高滿意度。四是設計理念的創新。傳統移動通信技術的一個重要發展趨勢是遠距離傳輸，然而，5G技術尤為重視短距離傳輸，即室內通信，從而可以顯著提升室內網絡信號傳輸效率，以及可以將全方位無線網絡覆蓋于室內，從而提升移動通信的高效性和便捷性[3]。此外，以設計理念作為視角探究，其可以對固有的4G設計理念進行延續，從而可以實訓用戶的多樣性需求。五是增加了聯網設備。針對移動通信技術而言，設備的接入數量直接影響其發展前景。針對以往的4G移動通信技術而言，其可以共同接入500多部移動設備，雖然由數據上而言，其規模非常大，但是因為用戶持續增加需求，其需要持續增加傳輸量。鑒于此，網絡整體受到的信號傳輸壓力較大。因此，只有升級技術才能夠推動通信技術的綜合發展，保障同步運行上千臺設備，且保障彼此不影響和不干擾，從而可以顯著地降低能源損耗和提升信息傳輸效率。六是其它環節的優勢。5G技術在其它環節的優勢表現在靈活性更強、網絡建設標準較低、網絡覆蓋率持續提高、性能指標越來越完善等。

2 5G移動通信的一些重要技術

2.1 高頻段傳輸技術

當今移動通信技術頻譜資源顯得尤為擁擠，這關鍵在于基于多頻段的制約，以及集中在3GHz中，然而高頻段中能夠應用的資源非常多，能夠對這些資源進行開發，可以設計如圖1所示的基于5G的高頻段傳輸技術，這樣不但能夠使資源緊張的局面得以緩解，而且能夠提升數據傳輸速率。為此，高頻段傳輸技術顯得非常關鍵，以及其受到很多要素的制約，像是距離和氣候條件等，其信號穿透性會減弱[4]。為此，在研發此技術時需要監測中心以系統的設計為核心進行深入分析，立足于穩固的基礎提升資源優化配置效率。

2.2 大規模MlMO技術

多天線技術在提升頻譜效率和通信系統傳輸速率上體現了非常關鍵的作用，當今在無線通信系統中被普遍地應用。MIMO的規模非常大，基站需要配備很多天線，且將部分天線集中配置在一個基站上。這樣可以進一步挖掘空間維度資源，進而顯著提升頻譜效率，并且，在相應的范圍實現波束的集中，也能夠讓其免受很多干擾。與此同時，發射功率顯著減小，實現了最為理想的功率效率[5]。此外，天線大小跟標準統一的情況下，其能夠實現最優的線性編碼和監測。恰恰是這樣，MIMO技術的應用范圍拓展，結合固有信息能夠明確頻譜效率大小跟天線數量的緊密關系。

2.3 Device to Device(D2D)技術

作為一種新型技術，Device to Device（D2D）通信技術接受系統控制，能夠在復用小區資源的基礎上實現一系列終端的直接通信，其非常有助于終端發射功率的減小、蜂窩通信系統頻譜效率的提升，從而可以完善無線通信系統缺少頻譜資源的缺陷。由于在短距離的條件下能夠直接進行通信，具備非常高的信道質量，D2D能夠實現低功耗、低時延、高數據速率；結合分布范圍大的終端能夠很好地優化覆蓋；可以高效應用頻譜資源；對較強靈活性的網絡架構和連接方法都支持，推動明顯提高網絡穩定性和鏈路靈活性[6]。當前時期，D2D重點是單播、組播、廣播技術方案，后續會涵蓋D2D的聯合編碼技術、多天線技術、中繼技術。

圖1 基于5G的高頻段傳輸技術

2.4 網絡架構新技術

當前時期，LTE接入網重點應用網絡扁平架構，這降低了系統時延和有效控制了建網、維護成本。當人們持續優化網絡標準時，5G新型網絡架構技術形成，從而實現了后續業務發展的要求。此技術的應用具備低成本和低時延的優點。5G后續會實施C-RAN接入網架構，該架構具備綠色無線接入的特點，其組成是實時云計算架構、協作式無線電架構、集中處理架構這三個部分[7]。應用低成本的高速光傳輸網絡，無線領帶信號傳輸于集中化的中心節點和遠端天線之間，能夠覆蓋至少一百個基站服務區域，覆蓋面積至少為100km2。C-RAN架構中適宜應用協同技術，這樣可以提高頻譜效率，且降低相應的干擾和功耗。并且，其也適宜應用于動態智能化組網中，以便于維護通信系統和減小運營成本。當前時期，研發此技術主要表現為基帶池RRU接口定義、中控制上。

2.5 基于濾波器組的多載波技術

基于濾波器組的多載波技術屬于5G系統中非常關鍵的一個組成部分，其能夠對5G系統和頻譜效率中多徑衰落的情況進行高效處置。在5G系統多載波方案中，FBMC屬于必不可少的一個組成部分。針對FBMC技術來講，在設計與調制的原型濾波器形成變化的情況下，多載波的特性會形成相應的變化，為了跟相應頻率的特性相符合，應確保子信道數量在原型濾波器長度以內，要想做到這一點存在非常大的困難，并且硬件設備的效果跟這種現象的關系非常緊密[8-9]。為此，有效優化濾波器組的標準問題是FBMC中最為重要的環節。

2.6 直接通信技術

在應用5G移動通信技術的基礎上能夠使一系列設備間直接進行通信，從而減小時延與能耗，有效地體現頻譜資源的價值以及大大提高5G通信質量和效率。要想提升5G移動通信的數據流量，務必實施密級網絡技術這種形式。在室內與熱點區域分布5G移動網絡數據流量可以提升用戶性能和拓展網絡覆蓋率。當今，千家萬戶業已應用智能終端，用戶對數據流量的標準也不斷提升[10-11]。為此，5G移動通信應結合超密級網絡技術的應用使預期的目的實現。這樣一是可以增加系統容量，二是能夠拓展網絡覆蓋范圍。不過，也存在一些不足之處，像是在較小范圍內應用的情況下較易受到干擾，這阻礙了網絡能效的提升。

3 5G移動通信技術發展趨勢

相較于以往的移動通信技術，5G移動通信的發展迅速，且實現了理想的效果。這重點表現為：一是系統吞吐率提升?；趪鴥瘸掷m強化對5G移動通信技術的研究，5G移動通信大大提升了智能化水平和系統吞吐率；二是資源應用率提升。相較于4G網絡，5G移動通信大大提升了資源應用率，其資源應用率是4G時代的至少十倍；三是資源頻率拓展?；?G移動通信技術的應用和發展（圖2），無線移動通信頻率逐步向高頻段拓展[12-13]。鑒于此，5G移動通信網絡未來發展趨勢體現在下面幾點上：（1）高清視頻的發展趨勢。5G網絡跟4G網絡相比，其傳輸速度提升，因此高清視頻的傳輸速率大大提高，這使用戶的體驗感提升，視頻播放尤為流暢，滿足了用戶對高清視頻的需求。（2）虛擬現實的發展趨勢?；?G移動通信技術的持續發展，該領域后續會應用聽覺和視覺技術，特別是該領域應用模擬系統之后，用戶可以感應3D視頻畫面，從而實現了用戶虛擬現實的需求。（3）實現物聯網發展趨勢。物聯網技術基于科技水平的不斷提升而獲得發展和應用，物聯網技術在5G 領域的應用，可以有效應用有關感應設施，確保有關平臺尤為流暢地運行，并且根據網絡管理、網絡定位、網絡跟蹤等高效處理物聯網信息，從而實現最為理想的通信效果。（4）智慧城市的發展趨勢。隨著城市化建設不斷推進，智慧城市成為發展的主要趨勢，該建設理念主要在互聯網技術背景下提出的，通過互聯網技術的發展，對人們生活水平的提高至關重要。鑒于此，在智慧城市建設過程中，往往需要注重5G移動通信技術、云計算技術、物聯網技術的作用，從而能夠滿足智慧城市建設的各種需求，充分利用好快速、高質量網絡服務推動智慧城市的發展[14]。（5）服務社會的發展趨勢。5G移動通信技術的使用，在軍工業、企業中發揮著重要的作用。以軍工業為例，對于移動通信技術有著較高的要求。5G移動通信技術的出現將促進軍工業的更好發展。

圖2 5G移動通信技術的應用和發展表現