馬新源

（北京交通大學(xué)，北京 100044）

0 引 言

5G是基于移動通信需求發(fā)展的新一代移動通信技術(shù)，具有超高頻譜利用率和能效、低時延、無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣、系統(tǒng)安全性高等優(yōu)點。5G移動通信系統(tǒng)可以和其他無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合構(gòu)成全新的移動電子信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，滿足互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求[1]。在未來的各種新型業(yè)務(wù)平臺中，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的各種業(yè)務(wù)會采用無線方式傳輸給終端客戶。同時，云計算與后臺服務(wù)的廣泛應(yīng)用使得5G移動通信技術(shù)的傳輸質(zhì)量大幅提升。5G移動通信系統(tǒng)的重點發(fā)展目標(biāo)是與其他高新技術(shù)緊密結(jié)合，為中國移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展提供基礎(chǔ)業(yè)務(wù)能力。5G大幅提升了寬帶傳輸?shù)男?，也同時實現(xiàn)了更快的傳輸速率，能夠在相同時間內(nèi)傳送更多的信息。與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)將通信延時降低到1 ms左右，這種通信延時的降低能夠減少很多企業(yè)的不必要損失。例如自動駕駛等相關(guān)行業(yè)，采用5G網(wǎng)絡(luò)后能有效提高自動駕駛的反應(yīng)速度。5G能夠?qū)崿F(xiàn)信號全覆蓋，在任何5G基站覆蓋的地方都能夠暢通無阻的通信。除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)能夠降低物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功耗，有利于大規(guī)模部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備[2]。

1 5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模多天線（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)是提升網(wǎng)絡(luò)頻譜效率和信息傳輸穩(wěn)定性的有效手段。根據(jù)信息論基礎(chǔ)理論，天線數(shù)量越多，頻譜效率和穩(wěn)定性也就越高。尤其是在有數(shù)量極多的接收天線與發(fā)射天線時，MIMO信道容量會隨著收發(fā)天線的數(shù)量的最小值而發(fā)生變化[3]。

與現(xiàn)有的MIMO系統(tǒng)相比，大規(guī)模MIMO的空間分辨率有了很大的提高，可以對多用戶在同一時頻資源上利用大規(guī)模MIMO所帶來的空間自由度進(jìn)行研究，并且根據(jù)研究的結(jié)果去探索基站天饋線的同步通信情況，在不增加公共移動通信終端空間密度和帶寬的情況下提高頻譜效率的目標(biāo)。寬帶MIMO系統(tǒng)還能使波束聚集于更狹窄的空域，有效降低噪聲和不相關(guān)干擾[4]。

1.2 超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在超密集異構(gòu)網(wǎng)中，高網(wǎng)絡(luò)密度使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點更靠近終端用戶，大大提高了頻譜利用率和功率效率，也大大增加了系統(tǒng)容量。密集型異構(gòu)網(wǎng)節(jié)點間的距離不同，可能會與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)沖突。不同行業(yè)和應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的要求有所不同，不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的分擔(dān)情況、節(jié)點之間的協(xié)同策略以及系統(tǒng)能效最低的小區(qū)激活等問題是系統(tǒng)性能的重要體現(xiàn)。要實現(xiàn)大規(guī)模的節(jié)點協(xié)作，就需要準(zhǔn)確快捷地找到大量的相鄰結(jié)點。由于在系統(tǒng)間隨機設(shè)置了大量的自動開閉環(huán)節(jié)，使得整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_圖樣都會在大范圍內(nèi)發(fā)生動態(tài)變化。密集的站點部署需要龐大而復(fù)雜的回傳網(wǎng)絡(luò)，為了提升節(jié)點部署的靈活性并減少部署成本，通過同一頻率接入技術(shù)解決這一問題十分關(guān)鍵[5]。

1.3 D2D技術(shù)

隨著智能終端設(shè)備越來越多，能夠滿足用戶特定需求的新型通信業(yè)務(wù)也處于增長爆發(fā)期，如何合理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)容量的擴展并提高無線頻譜利用率和終端用戶對網(wǎng)絡(luò)模式的感知能力成為亟待解決的問題。在無線技術(shù)方面，終端直通（Device to Device，D2D）、寬頻帶天線陣列、全頻譜接入、超高密度網(wǎng)絡(luò)以及新型的多址接入等已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。

D2D通信是指兩個對等的用戶節(jié)點之間直接進(jìn)行通信的一種方式。每一個用戶節(jié)點都包括D2D通信用戶組成的分散式網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)可以向所有的D2D用戶發(fā)送信息，也可以接收信息。所有的互聯(lián)網(wǎng)參與者都共用了一些硬件資源，共用的網(wǎng)絡(luò)資源者都能夠直接地向互聯(lián)網(wǎng)上提交服務(wù)和資料，同時允許其他的終端用戶進(jìn)行存取，而不是使用中間實體服務(wù)[6]。在D2D的通信網(wǎng)絡(luò)中，用戶節(jié)點能夠同時擁有服務(wù)器與客戶端的所有功能，而且用戶之間也能夠互相通信。D2D中各用戶節(jié)點之間的關(guān)系如圖1所示。

2 5G移動通信技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用

5G通信網(wǎng)絡(luò)具備通信傳輸速率快、通信質(zhì)量好等優(yōu)勢，能夠大大提高通信信息數(shù)據(jù)的完整性、及時性、全面性以及準(zhǔn)確性，同時也能有效解決當(dāng)下通信網(wǎng)絡(luò)中存在的各種問題，可以滿足不同領(lǐng)域?qū)τ诰W(wǎng)絡(luò)通信的需求，提高客戶滿意度，促進(jìn)通信工程的健康長遠(yuǎn)發(fā)展。利用有線通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建需要耗費大量的人力物力，而且在不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響下通信能力、通信品質(zhì)以及數(shù)據(jù)通信效率都有極大的局限性。為了滿足用戶實時通信的需求，可以將5G移動通信技術(shù)應(yīng)用于通信工程設(shè)計，有效降低中間節(jié)點等諸多因素的干擾，節(jié)約通信工程建設(shè)的投資成本，推動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，為用戶提供高品質(zhì)、全方位的優(yōu)質(zhì)服務(wù)[7]。5G移動通信技術(shù)在不同場景的應(yīng)用如圖2所示。

5G通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用有效提高了人們的生活質(zhì)量，為人們的生活與工作提供了不少便利，促進(jìn)我國社會朝著智能化、信息化、數(shù)字化的方向發(fā)展。利用5G通信技術(shù)可以實現(xiàn)對路燈等基礎(chǔ)公共設(shè)施進(jìn)行智能化管理，進(jìn)一步加快智能化城市建設(shè)。在智能系統(tǒng)建設(shè)過程中要明確網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，在綜合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息的高效傳輸，為智能城市的發(fā)展提供強有力的支持。

5G技術(shù)推動物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)新的發(fā)展，涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域，同時在智能家居、移動終端、云端辦公以及可穿戴式智能設(shè)備等方面也有著廣泛應(yīng)用。在實踐中，應(yīng)用5G移動通信技術(shù)可以滿足不同領(lǐng)域?qū)W(wǎng)絡(luò)通信能力的要求。通過將5G與大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)進(jìn)行融合，可以有效提高城市交通等的安全管理水平[8-10]。

3 結(jié) 論

隨著科技的迅猛發(fā)展，5G移動通信技術(shù)也進(jìn)入了高速發(fā)展時期，國內(nèi)移動業(yè)務(wù)快速增長。5G移動技術(shù)高度重視通信信號的強度問題，具有信息傳輸速率快、安全性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點，有效解決了當(dāng)下通信信號覆蓋中所展現(xiàn)出來的問題，為移動網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。