5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景分析

張培培

（西安交通工程學(xué)院，陜西 西安 710300）

5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景分析

張培培

（西安交通工程學(xué)院，陜西 西安 710300）

經(jīng)歷過(guò)2G追趕，也經(jīng)歷過(guò)3G突破，社會(huì)正處在4G同臺(tái)競(jìng)技的高峰期，馬上迎來(lái)新一代無(wú)所不在的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)—5G無(wú)線通線技術(shù)。隨著我國(guó)ICT產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步融合，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入到了現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，移動(dòng)通信技術(shù)在各個(gè)方面影響著人們的生活。5G無(wú)線通信技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前最具有應(yīng)用前景的技術(shù)，可滿足用戶對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用需要。文章就5G無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、5G無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)以及5G無(wú)線通信技術(shù)的研究意義這幾個(gè)方面一一進(jìn)行了闡述。

5G無(wú)線通信技術(shù)；信息網(wǎng)絡(luò)；高頻傳輸技術(shù)

5G無(wú)線通信技術(shù)指的就是第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通用技術(shù)，是一種以多種組成支撐起來(lái)的新型網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)組成包括以用戶為中心的云計(jì)算，NFV，SDN等，這樣構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包含更多強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在我國(guó)相關(guān)部門(mén)對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展高度重視，集中各方面的研究力量，有力地促進(jìn)了中國(guó)第五代無(wú)線通信技術(shù)的研究發(fā)展，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)4個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

1 5G無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

5G無(wú)線通信技術(shù)現(xiàn)在正在被各種大運(yùn)營(yíng)商和產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)進(jìn)行積極的研究，因?yàn)?G無(wú)線通信技術(shù)擁有極大優(yōu)勢(shì)特長(zhǎng)之處。它主要有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率快，頻率利用率高，無(wú)線覆蓋能力強(qiáng)，兼容性好，成本費(fèi)用低，不受場(chǎng)地限制等等。

5G最大的優(yōu)點(diǎn)就是數(shù)據(jù)傳輸速度快，相對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，5G無(wú)線通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度可以提高一個(gè)量級(jí)甚至更高。從2G，3G到4G，數(shù)據(jù)傳輸速度突飛猛進(jìn)，但它們的傳輸速度還是要受到很多因素的影響，比如障礙物、空間環(huán)境、設(shè)備設(shè)施等條件的影響，之前幾代的網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的穿透能力不強(qiáng)，一點(diǎn)障礙物的存在都會(huì)影響它們的數(shù)據(jù)傳輸速度，這樣會(huì)使用戶的體驗(yàn)感大打折扣；另外發(fā)射器的質(zhì)量和周圍的環(huán)境對(duì)信號(hào)的質(zhì)量都有很大的影響。

目前兼容性問(wèn)題是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的最大障礙，5G無(wú)線通信技術(shù)的兼容性要比之前幾代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的兼容性要更加的突出，其他因素的干擾性較小，同時(shí)也可以和其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同步使用。

無(wú)線通信技術(shù)解決了有線網(wǎng)絡(luò)在場(chǎng)地、設(shè)備上受限的問(wèn)題，5G無(wú)線通信技術(shù)在真正意義上解決了這些問(wèn)題，5G無(wú)線通信的信號(hào)有強(qiáng)大的穿透力，對(duì)設(shè)備的要求低，加上兼容性強(qiáng)，信號(hào)的輻射范圍大，并且不容易受其他干擾因素的影響。

2 5G無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)

目前，很多大型主流通信商家和研究機(jī)構(gòu)，針對(duì)5G無(wú)線通信技術(shù)提出了各自的可行性方案設(shè)計(jì)和思路。在本小節(jié)內(nèi)容中，對(duì)這些側(cè)重點(diǎn)各不相同的無(wú)線通信技術(shù)的方案和新穎的思路進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)5G無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)從以下4個(gè)方面進(jìn)行闡述，分別是多天線傳輸技術(shù)（Multiple Input Multiple Output，MIMO），高頻傳輸技術(shù)，密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2.1 多天線傳輸技術(shù)

作為提高頻率利用率和傳輸可靠性的有效方式，大規(guī)模天線陣列和大規(guī)模MIMO等通信技術(shù)陸續(xù)被提出。大規(guī)模天線陣列技術(shù)可以深度挖掘空間維度資源，利用空分多址技術(shù)（Space Division Multiple Access，SDMA），來(lái)達(dá)到在同一時(shí)頻資源上同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶的目的；為承載更多的小區(qū)容量和擔(dān)負(fù)更快的數(shù)據(jù)下載速率，對(duì)MIMO天線的許多功能進(jìn)行了增強(qiáng)性改進(jìn)。在未來(lái)的5G無(wú)線通信技術(shù)中為實(shí)現(xiàn)各大小區(qū)網(wǎng)絡(luò)基站上Massive MIMO的部署，采用有源天線技術(shù)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)3D波束賦形，為了更大地提升系統(tǒng)的空間自由度，5G無(wú)線通信技術(shù)的天線設(shè)計(jì)模仿了軍用相控陣?yán)走_(dá)的思路，而3D波束成形技術(shù)可以提供更加細(xì)致化的空間區(qū)域粒度，提高許多用戶的多天線傳輸技術(shù)的性能?，F(xiàn)在的5G無(wú)線通信相關(guān)技術(shù)可以十分明顯地增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量，這樣就可以滿足快速增長(zhǎng)的用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，來(lái)滿足更多的用戶需求量。

2.2 高頻傳輸技術(shù)

隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，還有無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，許多無(wú)線通信研究機(jī)構(gòu)和無(wú)線通信部門(mén)所擁有的低頻段頻譜資源都快到了枯竭的地步，現(xiàn)在已經(jīng)很難找到適合5G無(wú)線通信技術(shù)使用的新頻段了。到目前為止，人們?yōu)榱吮ＷC5G無(wú)線通信技術(shù)傳輸所需要的更大條件，已經(jīng)將各個(gè)頻段的頻率發(fā)射器調(diào)整到了最好的工作頻率上。因此，未來(lái)發(fā)展5G無(wú)線通信技術(shù)必須向高頻率階段方向擴(kuò)展，特別是毫米波頻段，這個(gè)頻段范圍擁有大量的頻譜資源，而且有較大的連續(xù)帶寬，可以很好地滿足短距離高速率傳輸?shù)男枨?。低頻波的傳輸以直線為主，繞射能力比較差，當(dāng)基站與用戶之間的直線距離受到阻擋時(shí)，傳輸性能就會(huì)顯著下降，而高頻傳輸技術(shù)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。此外，現(xiàn)階段的高頻段器件的技術(shù)還有一定難度，需要研究人員解決克服的難題還有很多，這也給高頻段通信技術(shù)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。

2.3 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的要求越來(lái)越高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也要不斷更新提高。其中一種比較好的技術(shù)就是—應(yīng)用更加密集化小區(qū)網(wǎng)絡(luò)部署，這個(gè)技術(shù)是一種有效提升5G無(wú)線通信技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)總體性能的方法，但是要在現(xiàn)在的技術(shù)下應(yīng)用好密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題需要解決—就是解決干擾問(wèn)題，提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的抗干擾能力，重點(diǎn)是對(duì)邊緣用戶的網(wǎng)絡(luò)性能的提高。在這密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，在未來(lái)的5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)成為“宏蜂窩+長(zhǎng)期微蜂窩+臨時(shí)微蜂窩”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的形成就會(huì)降低用戶端網(wǎng)絡(luò)端口對(duì)于網(wǎng)絡(luò)前期規(guī)劃的依賴性，為了5G無(wú)線通信時(shí)代能實(shí)現(xiàn)更加靈活自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)提供保障，這樣就大大增強(qiáng)了5G無(wú)線通信的靈活性。應(yīng)用了這門(mén)技術(shù)之后，一個(gè)問(wèn)題隨之出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)密集化技術(shù)的增加的同時(shí)，也會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)容量和無(wú)線資源利用率的大幅度提升。這一關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)給5G無(wú)線通信的發(fā)展帶來(lái)巨大的潛力。

2.4 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

今后的5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)既包含新的無(wú)線傳輸技術(shù)也包含現(xiàn)有各種無(wú)線接入技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)，如3G，4G以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、還包括最新的5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等形式，構(gòu)成了一個(gè)無(wú)縫、異構(gòu)程度大、融合性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。因此，未來(lái)5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)肯定會(huì)形成蜂窩數(shù)據(jù)流量和WiFi相互組成的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以有效進(jìn)行業(yè)務(wù)分流工作。隨著移動(dòng)通信的用戶量的不斷增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)基站承擔(dān)的業(yè)務(wù)量和計(jì)算量的壓力也越來(lái)越大，為了減輕網(wǎng)絡(luò)總站壓力，新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)就被提出來(lái)，并加以應(yīng)用。

3 5G無(wú)線通信技術(shù)的研究意義

5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與之前的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比較，擁有了更多的新的優(yōu)點(diǎn)，它不是將之前的2G，3G，4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行單純的承襲，而是在很多方面上有了提升，新構(gòu)建的5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，應(yīng)用更加靈活，這樣的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就擁有了更大的競(jìng)爭(zhēng)力。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)的建設(shè)方面，會(huì)起到非常大的作用，將會(huì)為人類提供更多便捷、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，并且，它覆蓋的范圍也將更加廣泛，用戶在體驗(yàn)和使用5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用的時(shí)候，會(huì)覺(jué)得更加智能化和人性化。無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展應(yīng)用與全球化的發(fā)展的連接呈現(xiàn)無(wú)縫狀態(tài)，讓人們體會(huì)到更先進(jìn)更智能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這將是無(wú)線通信史上的一大革新，在不久之后人們就會(huì)使用到相關(guān)的技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

處在5G無(wú)線通信快要到來(lái)的時(shí)間段里，必須抓緊對(duì)該技術(shù)的研究，完善技術(shù)方面的缺點(diǎn)，增強(qiáng)無(wú)線通信方面的技術(shù)實(shí)力和理論基礎(chǔ)。5G無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)步，是發(fā)展世界經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)一體化的助力之一?？焖俨⑼礁滦畔?，使得5G無(wú)線通信為醫(yī)療、軍事、教育以及建筑等行業(yè)提供了更實(shí)時(shí)和完善的信息資源和便利，為在世界范圍內(nèi)建立一個(gè)完善的智能化移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體系提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]張亦蘇，劉志堅(jiān).5G無(wú)線通信技術(shù)概念及相關(guān)應(yīng)用[J].通信設(shè)計(jì)與應(yīng)用，2016（2）：93.

[2]王景堯，白巖，孟祥嬌，等.5G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與分析[J].現(xiàn)代電信科技，2014（14）：1-4.

[3]周巖.5G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展研究[J].科技尚品，2016（6）：93，147.

Analysis of 5G wireless communication technology development

Zhang Peipei
（Xi’an Traffic Engineering Institute, Xi’an 710300, China）

We have experienced 2G era, also experienced the era of 3G communications, 4G communications is now at the peak of the times, and new 5G wireless communication technology, the new generation of ubiquitous mobile information network will soon arrive. With the further integration of China’s ICT industry, We have entered the era of modern network information, and mobile communication technology affects people’s life in all aspects. Now 5G wireless communication technology is considered to be the most promising application of the current technology which can meet the needs of network technology of users. In this paper, the advantages of 5G wireless communication technology, key technology of 5G wireless communication, research significance of 5G wireless communication technology are described.

5G wireless communication technology; information network; high frequency trasmission technology

張培培（1988— ），女，山東德州，碩士，助教；研究方向：通信與信息系統(tǒng)。