黃韶華 葉國(guó)超

摘 ?要：現(xiàn)階段，我國(guó)正在全力加速進(jìn)行5G建設(shè)。作為一種新的無(wú)線移動(dòng)通信形式，5G可以以更高的速度向更多的互聯(lián)網(wǎng)用戶、手機(jī)用戶傳輸數(shù)量更多、形式更多樣的數(shù)據(jù)和信息，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線移動(dòng)通信服務(wù)的創(chuàng)新與升級(jí)，繼而改變?nèi)藗兊纳睢⒐ぷ鞣绞?。?G系統(tǒng)必須依托各種關(guān)鍵技術(shù)提供支撐，才能變成現(xiàn)實(shí)，否則便會(huì)淪為空中樓閣。本文將分析5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，希望有助于加快5G發(fā)展。

關(guān)鍵詞：5G系統(tǒng);無(wú)線通信系統(tǒng);通信基站

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）16-0074-02

Abstract：At this stage，China is making every effort to accelerate the 5G construction. As a new form of wireless mobile communication，5G can transmit more data and information to more internet users and mobile phone users at a higher speed，so as to realize the innovation and upgrading of wireless mobile communication services，and then change people’s life and working mode. However，5G system must rely on various key technologies to provide support in order to become a reality，otherwise it will become a castle in the air. This paper will analyze the key technologies of 5G wireless communication system，hoping that this paper will help speed up the development of 5G.

Keywords：5G system;wireless communication system;communication base station

0 ?引 ?言

2019年，繼韓國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、瑞士之后，我國(guó)成為世界上第五個(gè)開(kāi)通5G服務(wù)的國(guó)家，這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)邁入5G商用元年。國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商將在今后三年內(nèi)建設(shè)超過(guò)300萬(wàn)個(gè)5G基站，這一數(shù)字將占全球5G基站總數(shù)的一半，創(chuàng)造另一個(gè)屬于中國(guó)的“世界第一”。我國(guó)即將掀起5G建設(shè)的新高潮，研究5G無(wú)線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ?5G無(wú)線通信系統(tǒng)

人們學(xué)習(xí)、生活、工作離不開(kāi)通信，而固定電話通信又極大地束縛了通信的范圍，并存在著速度慢、效率低等缺陷[1];因而無(wú)線移動(dòng)通信應(yīng)運(yùn)而生。1980年代中期，第一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）誕生，1G是模擬式通信系統(tǒng)，將300～3400Hz的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻載波，但1G系統(tǒng)在運(yùn)行中暴露出串號(hào)、盜號(hào)等問(wèn)題，而且1G手機(jī)（俗稱“大哥大”）價(jià)格昂貴，通信資費(fèi)過(guò)高，因而在1999年被淘汰;2000年，第二代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G）投入運(yùn)行，2G從模擬調(diào)制進(jìn)入數(shù)字調(diào)制，頻譜利用率更高，系統(tǒng)容量更大，通信系統(tǒng)通用性更強(qiáng)，可提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，抗噪聲、抗干擾能力也有了明顯提高，但2G網(wǎng)速僅為9.6KB/s左右。2009年，工信部向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信等三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)放3G牌照，標(biāo)志著第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）上線。3G采用CDMA技術(shù)，可以在同一時(shí)間為用戶提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)兩種業(yè)務(wù)，峰值速率上升至384kbit/s。2013年，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）橫空出世，4G采用TD-LTE與FDD-LTE制式，峰值速率超過(guò)100Mbps。

在不到三十年的時(shí)間里，無(wú)線通信技術(shù)從1G發(fā)展至4G，但互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量仍然在以極快的速度增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球互聯(lián)網(wǎng)用戶已超過(guò)39億，網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)流量超過(guò)330萬(wàn)億億字節(jié);為適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展與用戶的需求，各國(guó)相繼推出第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）。相較于4G，5G資源利用率將提高十倍[2];5G采用小小區(qū)體系結(jié)構(gòu)，將使系統(tǒng)的吞吐率提高25倍;5G應(yīng)用毫米波技術(shù)，可使頻率資源擴(kuò)展至少4倍。而5G峰值速率估計(jì)將達(dá)到10Gbps。5G技術(shù)的4種關(guān)鍵性能如表1所示。

2 ?分析面向5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

5G系統(tǒng)必須依托一系列關(guān)鍵技術(shù)才能構(gòu)建起來(lái)，否則便會(huì)成為空中樓閣。

2.1 ?綠色通信技術(shù)

5G采用毫米波傳輸信號(hào)，但毫米波路徑損耗大，繞射、散射能力弱，且毫米波還會(huì)被空氣、水分以及PM2.5塵埃吸收。因此，為推廣5G技術(shù)，運(yùn)營(yíng)商不得不建設(shè)更多的基站：2014年，全國(guó)4G基站總數(shù)接近100萬(wàn)座，2018年，全國(guó)4G基站總數(shù)達(dá)372萬(wàn)座;而5G基站數(shù)量估計(jì)將是4G基站的兩倍至三倍，預(yù)計(jì)2024年，全國(guó)5G基站將超過(guò)1400萬(wàn)座。這無(wú)疑會(huì)增大5G系統(tǒng)的能耗，有悖綠色發(fā)展的時(shí)代主題。

因此，5G系統(tǒng)必須大力應(yīng)用綠色通信技術(shù)。在器件層面上，要主動(dòng)縮減信號(hào)包絡(luò)的峰值因子，優(yōu)化功放單元功耗;5G基站應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)量變化，對(duì)器件功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而降低功耗;在鏈路層面上，要采用高能效傳輸技術(shù)，優(yōu)化鏈路傳輸功率;在網(wǎng)絡(luò)級(jí)層面上，要采用小小區(qū)技術(shù)，降低傳輸功耗[3]。

有專(zhuān)家對(duì)通信基站進(jìn)行過(guò)精細(xì)化分析，發(fā)現(xiàn)基站由收發(fā)設(shè)備（BTS）、空調(diào)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明裝置構(gòu)成。其中收發(fā)設(shè)備耗能占基站耗能的43%，空調(diào)耗能占基站耗能的46%，電源系統(tǒng)耗能占基站耗能的8%，照明裝置耗能占基站耗能的3%。因此，在5G基站收發(fā)設(shè)備上，應(yīng)當(dāng)主動(dòng)應(yīng)用智能關(guān)斷技術(shù)、雙密度載頻技術(shù)、分布式基站組網(wǎng)方式，以有效降低基站的基帶功耗、射頻信號(hào)功耗與靜態(tài)功放功耗。5G基站的空調(diào)必須全天24小時(shí)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，在5G基站空調(diào)系統(tǒng)中，應(yīng)主動(dòng)采用自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控基站內(nèi)部溫度的變化，并根據(jù)溫度變化自動(dòng)調(diào)控空調(diào)功率，從而主動(dòng)降低空調(diào)能耗。

2.2 ?云計(jì)算技術(shù)

早在5G投入商業(yè)應(yīng)用之前的2012年，《紐約時(shí)代》便發(fā)表文章，向全世界宣布大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。所謂“大數(shù) 據(jù)”，描述的是在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代數(shù)據(jù)總量呈幾何級(jí)數(shù)急劇增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)類(lèi)型日趨多元、復(fù)雜。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)的并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算已經(jīng)不能處理大量涌現(xiàn)出來(lái)的數(shù)據(jù)，人們處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)法以TB級(jí)、PB級(jí)衡量，而上升至ZB級(jí)（1TB=10995.11627776億字節(jié)，1PB=1024TB=11259000億字節(jié)，1EB=1024PB=1.1529216百億字節(jié);1ZB=1024EB=10萬(wàn)億億字節(jié)）。因而專(zhuān)家們開(kāi)發(fā)出了云計(jì)算技術(shù)。而5G系統(tǒng)也應(yīng)積極應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)，充分發(fā)揮5G連通大量在線服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)，充分利用分布式網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行大數(shù)據(jù)計(jì)算;并在大量用戶中共享數(shù)據(jù)應(yīng)用。5G系統(tǒng)還應(yīng)主動(dòng)應(yīng)用移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)，采用離線階段算法與在線階段算法，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)壓縮密度，同時(shí)克服云計(jì)算在時(shí)延性上的不足[4]。

2.3 ?空口技術(shù)

為了增強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放度，5G系統(tǒng)需要應(yīng)用空口技術(shù)。5G空口技術(shù)又分為低頻新空口與高頻新空口。低頻新空口主要用于整合新型多址、調(diào)制編碼與大規(guī)模多天線陣列技術(shù)，適用于熱點(diǎn)高容量、連續(xù)性、大面積廣泛覆蓋、低時(shí)延的可靠場(chǎng)景;高頻新空口則通過(guò)高密度部署與超大帶寬信道，提高數(shù)據(jù)流量密度與數(shù)據(jù)傳輸速率，適用于高容量、高熱點(diǎn)、覆蓋面積小、信號(hào)指向性強(qiáng)的場(chǎng)景。

2.4 ?異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1G—3G采用單層蜂窩網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法進(jìn)行互相兼容;4G采用異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，兼容了過(guò)去的3G網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也擴(kuò)大了自身網(wǎng)絡(luò)容量。而5G系統(tǒng)也須積極應(yīng)用異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，兼容現(xiàn)有的不同技術(shù)規(guī)范、不同類(lèi)型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，努力實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合、多網(wǎng)共通，從而進(jìn)一步擴(kuò)大5G應(yīng)用范圍。

2.5 ?D2D技術(shù)

5G還須應(yīng)用D2D技術(shù)，允許短距離的終端之間通過(guò)復(fù)用的小小區(qū)資源直接進(jìn)行通信，從而降低終端發(fā)射功率，支持更加靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)。

3 ?結(jié) ?論

5G本身就是技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)物，在5G時(shí)代，技術(shù)創(chuàng)新的速度必將進(jìn)一步提升。我們完全可以預(yù)見(jiàn)以上這些關(guān)鍵技術(shù)也將發(fā)展、升級(jí)，甚至被更先進(jìn)的技術(shù)所淘汰。因此，我們不僅需要密切跟蹤5G技術(shù)的發(fā)展，更應(yīng)積極研發(fā)5G核心技術(shù)，牢牢掌握5G主導(dǎo)權(quán)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王豐勇.面向5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)探討 [J].電子測(cè)試，2019（11）：84-85.

[2] 盧敏華.面向5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)淺談 [J].數(shù)字通信世界，2019（5）：68.

[3] 任榮，李軍.關(guān)于面向5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析 [J].數(shù)字通信世界，2019（1）：61.

[4] 段煉，宮長(zhǎng)龍.5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析 [J].中國(guó)新通信，2018，20（20）：163.

作者簡(jiǎn)介：黃韶華（1971.10-），男，漢族，廣東揭陽(yáng)人，總

經(jīng)理，通信工程師，碩士，研究方向：移動(dòng)通信;葉國(guó)超（1979. 09-），男，漢族，廣東新會(huì)人，設(shè)計(jì)三所所長(zhǎng)，通信工程師，本科，研究方向：移動(dòng)通信。