容經(jīng)雄

【摘要】 ? ?近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，4G通信技術(shù)已逐漸走向成熟，在此背景下，各個(gè)國(guó)家都開(kāi)始著手于針對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究。現(xiàn)階段，我國(guó)在5G移動(dòng)通信技術(shù)方面所進(jìn)行的研究已經(jīng)走到了世界前列，在和其他國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)中有著明顯優(yōu)勢(shì)。為了進(jìn)一步推動(dòng)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使其能夠在各行各業(yè)中的應(yīng)用發(fā)揮更大作用，本文結(jié)合實(shí)際情況，針對(duì)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了深入研究，希望能夠推動(dòng)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在今后的發(fā)展與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 ? ?5G ? ?移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) ? ?關(guān)鍵技術(shù)

引言：

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了非常大的進(jìn)步，從剛開(kāi)始的2G、3G、4G直到當(dāng)前的5G，每一代技術(shù)都經(jīng)過(guò)了一個(gè)周期的發(fā)展。雖然已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，無(wú)論是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蔬€是穩(wěn)定性都有了極大的提高，但在信息時(shí)代下的今天，移動(dòng)信息服務(wù)依舊面臨著非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。所以，對(duì)5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)所進(jìn)行的研究是非常有必要的，并且在今后的幾年當(dāng)中，5G將會(huì)逐漸徹底的替代4G，成為新一代的主流移動(dòng)通信技術(shù)。現(xiàn)階段，各國(guó)針對(duì)5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)還未形成明確的定義，所以，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都在探索針對(duì)于5G通信的革命性技術(shù)和具體的標(biāo)準(zhǔn)。在今后，5G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸率將會(huì)得到顯著提高，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)的高效傳輸，還能夠用各行各業(yè)智能化、自動(dòng)化的發(fā)展。為了給5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供幫助，使用戶(hù)的體驗(yàn)得到改善，本文針對(duì)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

一、5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)概述

伴隨著4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的數(shù)量有了很大的提高，而人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度的要求也變得越來(lái)越高，在此背景下，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)對(duì)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠使人們?cè)谕ㄐ潘俣确矫娴囊蟮玫綕M(mǎn)足，同時(shí)給用戶(hù)帶來(lái)更好的移動(dòng)通信服務(wù)。作為全新的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，5G的主要作用就是滿(mǎn)足當(dāng)前人們?cè)谝苿?dòng)通信方面的需求。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的迅速增長(zhǎng)，當(dāng)前對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的要求也變得更高，而5G憑借自身所具有的成本低、安全可靠等的優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛應(yīng)用，其傳輸效率提高了10到100倍左右，峰值傳輸速率可達(dá)10Gbit/s，端到端的時(shí)延顯著降低，流量密度提高了上千倍，在實(shí)際應(yīng)用中，其可以在500km/h的速度下滿(mǎn)足用戶(hù)的體驗(yàn)需求。通過(guò)對(duì)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，將會(huì)使信息打破時(shí)間與空間方面的限制，使用戶(hù)的交互體驗(yàn)得到極大的改善，并且還將使人與物間的距離變得更大，達(dá)到人和萬(wàn)物互通互聯(lián)的目的。

二、5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1更高的網(wǎng)絡(luò)通信速率

針對(duì)于5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所進(jìn)行的研究是以4G技術(shù)為基礎(chǔ)而開(kāi)展的，在近幾年發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，我國(guó)4G技術(shù)逐漸走向成熟，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮了巨大作用。所以，在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展上，我國(guó)有著比較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與發(fā)展提供了良好條件。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，社會(huì)生活的節(jié)奏相較于以往變得更快，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)對(duì)于技術(shù)的要求集中表現(xiàn)在了速率的提高上。造成這種情況的原因就是雖然4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的速率和以往相比有了明顯提高，但依然還是無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前用戶(hù)越來(lái)越高的需求。用戶(hù)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，很多情況下都是于低信道頻段當(dāng)中進(jìn)行的，雖然可以確保傳輸?shù)馁|(zhì)量，同時(shí)也無(wú)需運(yùn)營(yíng)商耗費(fèi)太多的成本用來(lái)對(duì)基站進(jìn)行建設(shè)。但就實(shí)際來(lái)看，低頻資源的有限性將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的接入造成很大的限制，不能夠給更多的用戶(hù)提供接入服務(wù)。和國(guó)外不同的是，在我國(guó)，資源頻段基本都是通過(guò)政府來(lái)分配的，而國(guó)外則需要由競(jìng)爭(zhēng)來(lái)獲取。所以，當(dāng)前我國(guó)所存在的一個(gè)問(wèn)題就是對(duì)于低頻資源的分配沒(méi)有太多市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)規(guī)律的主導(dǎo)，這就對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展造成了很大影響。現(xiàn)階段，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的載波頻率基本都在20MHz左右，在進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，大都采用了多載撥碼分多址技術(shù)，以做到對(duì)眾多載波的聚合，使傳輸?shù)乃俾首兊酶??；谶@樣的情況，在研發(fā)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中，同樣需要對(duì)高頻資源引起重視，盡可能的加強(qiáng)傳輸?shù)乃俾剩@也是MMO系統(tǒng)被提出與發(fā)展的重要基礎(chǔ)，通過(guò)高頻段資源來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的傳輸，就可以由波長(zhǎng)較短而使天線(xiàn)的長(zhǎng)度變短，這就可以減少對(duì)天線(xiàn)間距離方面所提出的要求，以使得基站能夠?qū)崿F(xiàn)集成天線(xiàn)的相關(guān)設(shè)計(jì)。

2.2更大的容量

在物聯(lián)網(wǎng)的概念被提出以后，社會(huì)當(dāng)中的各個(gè)領(lǐng)域都對(duì)其予以了高度的關(guān)注，但就目前來(lái)看，它的發(fā)展還存在一定的不足，還有著很大的發(fā)展空間，這是因?yàn)樵谝苿?dòng)終端的能耗和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋等方面都有著一定的限制而造成的，這就致使互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)下的應(yīng)用領(lǐng)域還有一定的局限。考慮到終端方面的功耗問(wèn)題是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在影響的一個(gè)關(guān)鍵因素，所以，必須要盡可能的解決功耗方面所存在的問(wèn)題。主要是因?yàn)榻K端在接入網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程當(dāng)中，將涉及到眾多節(jié)點(diǎn)，但部分終端在進(jìn)行使用時(shí)沒(méi)有能夠二次充電的環(huán)境，所以，通常都僅僅是通過(guò)自身的電池來(lái)維持服務(wù)。為使此方面的問(wèn)題得到解決，3GPP曾通過(guò)窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)控制終端使用的功率，減小網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，并使得信號(hào)發(fā)射的功率變低，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的節(jié)省。雖然使得物聯(lián)網(wǎng)終端的實(shí)時(shí)性變得更低，但不會(huì)對(duì)它的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)太大影響。所以，針對(duì)5G技術(shù)所進(jìn)行的研究，就需要對(duì)此方面的成果予以關(guān)注，同時(shí)將此當(dāng)作基礎(chǔ)來(lái)達(dá)到節(jié)能省電的目的。

2.3更低的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)延遲

在使用了LTE網(wǎng)絡(luò)以后，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的延遲減小到了不到100ms，這就給網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供了質(zhì)量更好的網(wǎng)絡(luò)連接體驗(yàn)，大大減小了網(wǎng)絡(luò)延遲對(duì)于用戶(hù)滿(mǎn)意度所造成的影響。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，在使用LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，使網(wǎng)絡(luò)的延遲得到進(jìn)一步的減小，從而給移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供更好的條件。因?yàn)長(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個(gè)TTI為1ms，而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在對(duì)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，通常是利用對(duì)所有子幀時(shí)域的縮短來(lái)實(shí)現(xiàn)物理上時(shí)延的降低。在實(shí)際應(yīng)用中，5G網(wǎng)絡(luò)端到端的時(shí)延可以減小到4G網(wǎng)絡(luò)的十分之一，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的時(shí)延，可在450Km/h高速環(huán)境下做到穩(wěn)定通信。

三、5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

3.1大規(guī)模MIMO技術(shù)

在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)當(dāng)中，大規(guī)模MIMO技術(shù)是非常重要的一項(xiàng)技術(shù)，對(duì)于該技術(shù)的使用能夠使頻譜效率得到有效提高。就大規(guī)模MIMO技術(shù)來(lái)看，它也被叫做大型天線(xiàn)，主要就是在4G技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)多8根天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)最多成百上千根服務(wù)天線(xiàn)的使用，此技術(shù)的發(fā)展能夠使基站的多個(gè)用戶(hù)在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)即時(shí)通信。額外天線(xiàn)能夠使信號(hào)能量傳輸及接收整合于較小的空間當(dāng)中，從而在同時(shí)對(duì)大量用戶(hù)終端進(jìn)行調(diào)度的情況下，能夠得到更多的吞吐量并使得能源效率得到提高。大規(guī)模MIMO技術(shù)剛開(kāi)始的設(shè)想主要為時(shí)分雙工操作，但還能夠應(yīng)用到頻分雙工操作。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，該技術(shù)還有著使用元件成本較低、功耗不高等的特點(diǎn)，能夠使延遲變得更低，得到了用戶(hù)的廣泛使用，該技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展使許多原本的問(wèn)題都得到了解決，同時(shí)還給信息技術(shù)的發(fā)展與研究明確了方向。除此之外，在大規(guī)模MIMO技術(shù)方面，還有許多新的研究問(wèn)題需要予以重視。如怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)大量低成本低精度部件的充分結(jié)合，在終端內(nèi)怎樣對(duì)新加入的資源進(jìn)行分配，如何針對(duì)額外的天線(xiàn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)并提供服務(wù)，還有怎樣減小內(nèi)部功耗來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)總能耗的減小等。

3.2毫米波通信

毫米波的理論及技術(shù)分別是微波向高頻的延伸及光波向低頻的發(fā)展。當(dāng)下世界上使用的頻段資源都是比較稀缺的，所采用的無(wú)線(xiàn)電信系統(tǒng)的頻譜大都不超過(guò)6GHz，而在毫米波頻段當(dāng)中的資源卻很多，還沒(méi)有得到真正充分的開(kāi)發(fā)與利用。所以5G會(huì)在9.9GHz～86GHz的范圍內(nèi)進(jìn)行全新的RAT技術(shù)研究，基于LTE技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)廣域覆蓋的相關(guān)研究。9.9GHz～86GHz主要是作為超密集網(wǎng)絡(luò)，因此UDN層與LTE層是重疊覆蓋的，同時(shí)互操作耦合。伴隨著基站天線(xiàn)規(guī)模的不斷提高，可以在有限的空間當(dāng)中部署更多天線(xiàn)也要求通線(xiàn)波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)?shù)玫娇刂?。在現(xiàn)階段，來(lái)自我國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室在毫米波波段當(dāng)中對(duì)大規(guī)模MIMO技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用，不但使容量得到了很大的改善，并且還提高了相關(guān)的效率。借助于峰值傳輸效率為50Gbps的原型機(jī)，貝爾實(shí)驗(yàn)是中國(guó)在28GHz毫米波頻段當(dāng)中達(dá)到了100bps/Hz的頻譜效率，它的傳輸效率能夠使用戶(hù)更加快捷的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行下載，只要幾秒就能夠?qū)崿F(xiàn)上百兆的數(shù)據(jù)傳輸。毫米波段通信技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展為今后可觸式互聯(lián)網(wǎng)、低時(shí)延性虛擬現(xiàn)實(shí)和3D等的應(yīng)用及研究提供了全新的方向。

3.3 D2D通信技術(shù)

在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)當(dāng)中，D2D通信實(shí)際上就是在設(shè)備間所實(shí)現(xiàn)的通信，它的主要作用就是使用戶(hù)的體驗(yàn)得到改善，進(jìn)一步加強(qiáng)用戶(hù)的使用質(zhì)量。起初，D2D技術(shù)的目的就是要解決蜂窩網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)致的流量大量增長(zhǎng)的問(wèn)題。自2013年開(kāi)始，伴隨著5G的出現(xiàn)與發(fā)展，各國(guó)針對(duì)于D2D通信技術(shù)的研究也變得越來(lái)越多，時(shí)至今日，該技術(shù)已逐漸發(fā)展為5G的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)階段，該技術(shù)的發(fā)展早已從剛開(kāi)始的通過(guò)基站協(xié)調(diào)來(lái)建立D2D通信發(fā)展為能夠以基站協(xié)調(diào)或基站完全不參與。許多國(guó)外的學(xué)者與專(zhuān)家也開(kāi)始研究怎樣通過(guò)D2D設(shè)備當(dāng)做中繼，以此來(lái)讓不在基站覆蓋范圍當(dāng)中的設(shè)備同樣能夠接入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)。相較于藍(lán)牙、WiFi等的各種，該技術(shù)所具有的一個(gè)主要特點(diǎn)就是其在蜂窩系統(tǒng)頻段當(dāng)中運(yùn)行，也就是通信的，雙方就算提高了通信的距離依舊可以維持用戶(hù)的體驗(yàn)。并且D2D通信還具有著相較于其他傳輸設(shè)備更好的傳輸速率和時(shí)延性，和耗電比較高的WiFi相比，該技術(shù)還表現(xiàn)出了功耗低的優(yōu)勢(shì)。目前的D2D通信主要包括了廣播、多播、單播的形式，所以相較于蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，它在調(diào)度方面有著更高的難度，并且還更加復(fù)雜，這也是當(dāng)前需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。和藍(lán)牙相比，在實(shí)際應(yīng)用中，D2D通信距離更長(zhǎng)且更加穩(wěn)定，藍(lán)牙不但要用戶(hù)對(duì)終端配對(duì)密鑰進(jìn)行手動(dòng)的設(shè)置，并且其工作的頻段也不是授權(quán)頻段，通信的質(zhì)量較低，同時(shí)缺乏穩(wěn)定性，所以，伴隨著5G時(shí)代的到來(lái)，D2D通信技術(shù)將會(huì)顯得更加重要。

四、5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

當(dāng)前針對(duì)于5G所進(jìn)行的研究越來(lái)越多，并且逐漸在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中得到了應(yīng)用。具體來(lái)看，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)在今后的趨勢(shì)主要表現(xiàn)為：1.網(wǎng)絡(luò)層信息安全與隱私。當(dāng)下的網(wǎng)絡(luò)層信息安全和隱患都是以傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系方法為基礎(chǔ)的，而5G在未來(lái)所使用的為無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，它和傳統(tǒng)分析方法存在明顯差異，所以如何在5G的時(shí)代背景下適合用戶(hù)隱私與終端安全相關(guān)的問(wèn)題得到解決，將會(huì)是5G在未來(lái)的主要研究?jī)?nèi)容，并且針對(duì)編碼、時(shí)延性等的優(yōu)化同樣也是研究的重點(diǎn)。2.深海地下高空的通信。3G和4G最明顯的不同就是在速度方面的提高，所以，5G應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的就是深海、地下、高空等的各種地區(qū)來(lái)提供更加順暢的數(shù)據(jù)傳輸。5G技術(shù)的開(kāi)發(fā)及利用將會(huì)使上面原本所存在的通信難的問(wèn)題得到解決，對(duì)于未來(lái)的探索探測(cè)有著很大幫助。3.納米通信。納米通信在近幾年當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在微觀的角度上進(jìn)行分析并通過(guò)它的特性來(lái)研究和5G相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。部分學(xué)者認(rèn)為要參考細(xì)胞與病毒傳播的機(jī)理來(lái)針對(duì)無(wú)線(xiàn)通信體制的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，從而研究天線(xiàn)調(diào)制及容量分析等。

五、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在近幾年當(dāng)中，伴隨著4G技術(shù)的發(fā)展與成熟，5G技術(shù)逐漸開(kāi)始在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中得到普及。雖然當(dāng)前5G技術(shù)還處在探索的階段，沒(méi)有徹底發(fā)展成熟，但其所表現(xiàn)出的作用與潛力都是巨大的。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將會(huì)使人們的生活得到很大的改善，不但會(huì)推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且還會(huì)給人們的生活帶來(lái)更好的條件，所以，在今后一定要對(duì)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)更加深入的研究。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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