5G與未來通信網(wǎng)絡(luò)

魯宇峰

摘 要：現(xiàn)有無線通信技術(shù)主要為GPS、3G、4G、WI-FI、藍牙等，但這些技術(shù)現(xiàn)在紛紛受限于通信容量或是傳輸距離等原因，不能滿足未來通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。即將出現(xiàn)的5G將改變這一現(xiàn)狀，未來的通信網(wǎng)絡(luò)將隨著這一技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)生一次大變革。本文將從通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，5G技術(shù)特點，5G對未來通信網(wǎng)絡(luò)的影響三方面進行分析。

關(guān)鍵詞：通信網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)狀；5G；結(jié)構(gòu)；影響

2020年必將是不平凡的一年，這一年，各國的5G將全面商用，5G超高速的通信體驗將帶給人們不同以往的感受，一個大的萬物聯(lián)網(wǎng)時代即將來臨，那這一技術(shù)將對通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身有何影響呢？現(xiàn)從通信網(wǎng)現(xiàn)狀、5G關(guān)鍵技術(shù)、對未來通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)三方面做如下分析。

1 通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段通信網(wǎng)絡(luò)主要的傳輸載體為電、光和電磁波，電通過雙絞線電纜或同軸電纜傳輸，光通過光纖傳輸，電磁波為空氣傳輸。光纖的通信容量不同于電纜的，電纜已很難再有所提高，但光纖隨著技術(shù)提高，它的容量在不斷刷新著記錄。從容量上看光纖傳輸?shù)膬?yōu)勢巨大，是其他傳輸方式無法比擬的，自然而然地擔(dān)負起了通信主干網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹負?dān)。同軸電纜雖然也能達到1G或2G的容量，但受長度限制，并且其造價成本高，占用空間大，對于纏繞、壓力和大幅度彎曲承受能力差，所以現(xiàn)在同軸電纜主要應(yīng)用于閉路電視或是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信息傳輸，不再應(yīng)用于現(xiàn)代的主干通信網(wǎng)絡(luò)，而且也不再應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中。相對于同軸電纜，雙絞線電纜就很好地解決了后面的問題，所以在現(xiàn)在的局域網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)的物理層也基本為雙絞線電纜所取代。另一方面，相對于光纖，雙絞線電纜的造價成本也較高?；趪彝ㄐ虐l(fā)展戰(zhàn)略，光纖不單應(yīng)用于主干通信網(wǎng)絡(luò)，還在向用戶終端的最后一公里發(fā)展。現(xiàn)在的光纖接入已基本成熟，如光纖到路邊，光纖到小區(qū)，光纖到大樓，光纖入戶。無線通信技術(shù)無論是哪種都由于其穩(wěn)定性差、容量小、保密性差等缺點限制，主要應(yīng)用于移動終端或室內(nèi)區(qū)域性通信。

綜上所述，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)是光纖作為主干通信網(wǎng)絡(luò)，用戶終端以光纖、雙絞線電纜、無線傳輸相結(jié)合的方式接入主網(wǎng)絡(luò)，而且是光纖正逐漸取代雙絞線電纜，雙絞線正逐漸只剩下終端所需的網(wǎng)絡(luò)接口部分，無線通信現(xiàn)只是滿足對通信容量、延時和穩(wěn)定性要求不高的遠程終端的需要，以及局域內(nèi)終端無線接入的需要。這種網(wǎng)絡(luò)的靈活性差，維護周期長，維護困難，不能滿足未來終端發(fā)展的需要。

2 5G技術(shù)

5G技術(shù)即第五代移動通信，它是4G技術(shù)之后的延伸。5G技術(shù)的最大特點就是高速度，各種技術(shù)由于存在差異性，最高傳輸速率各不相同，但平均每秒最高傳輸速率也有10Gbit，是現(xiàn)有4G技術(shù)的100倍，英國于2015年3月公布的100米內(nèi)測試結(jié)果為125GB，是4G網(wǎng)絡(luò)的萬倍有余。5G同時具有低延時、低能耗及多接入點等特點，可滿足未來終端的小型化、簡單化、集中化、多元化的發(fā)展需要。

2.1 高頻傳輸技術(shù) 現(xiàn)代無線通信技術(shù)多工作在低頻段，而高頻段至今尚未開發(fā)。FBMC（基于錄波器組的多載波技術(shù)）是一種在發(fā)送端和接收端調(diào)制、解調(diào)濾波器組的載波技術(shù)，濾波器組的成員是并行的關(guān)系，均是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器。與OFDM技術(shù)不同，各載波間不再是必須是正交的，因此無須循環(huán)前綴，便能對各載波間的重合度進行靈活控制，減少載波間干擾，進而增加頻譜的利用率。OFDM相對于OFDM更加靈活、效率，頻譜利用率更高。

2.2 多天線傳輸技術(shù) 多天線傳輸技術(shù)是提高傳輸可靠性的有效措施?，F(xiàn)在4G技術(shù)的天線采用4根或是8根，而5G將采用幾十或幾百根，形成天線矩陣。天線矩陣可以在現(xiàn)有基站和帶寬的環(huán)境中顯著增加頻譜的效率，并且可以大幅度地降低干擾，增加傳輸?shù)目煽啃?，降低發(fā)射功率，進而降低功耗。

2.3 同時同頻全雙工技術(shù) 現(xiàn)行的TDD和FDD由于不能使用這一技術(shù)，浪費了一半的頻率和時間。5G充分利用這一技術(shù)，可提高了頻譜的利用率近一倍，問題是如何解決同時同頻全雙工的自干擾。5G的研究人員采用了放置特定位置天線和模擬端干擾抵銷等方式對這一問題進行了解決?，F(xiàn)在全雙工系統(tǒng)的理論容量可達90%，但現(xiàn)在都是基于少量基站和終端的，對于大量的基站和終端還需進一步研究。

2.4 設(shè)備到設(shè)備技術(shù) 設(shè)備到設(shè)備技術(shù)是一種無須中間基站便可實現(xiàn)端到端的通信方式，有別于現(xiàn)在的蜂窩通信系統(tǒng)，傳統(tǒng)的蜂窩區(qū)域內(nèi)有一個到3個基站作為中間的倒手來傳遞兩個終端之間的信息。利用這一技術(shù)可提高組網(wǎng)的靈活性，以較低的功耗便可實現(xiàn)較高的傳輸速率。

2.5 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 無線通信網(wǎng)絡(luò)是一個逐步演進和更替的過程，在過去為適應(yīng)業(yè)務(wù)增長的需要，原來的小區(qū)被一次又一次的劃分，最后形成了現(xiàn)在的高密集網(wǎng)絡(luò)小區(qū)，高密集網(wǎng)絡(luò)極易出現(xiàn)相鄰小區(qū)頻率重合的問題，而且在未來終端數(shù)量十分巨大，終端間也極易出現(xiàn)頻率重合現(xiàn)象。無線回傳是解決這一問題的有效方式，無線回傳是利用自身的傳輸能力將終端的通信情況（如頻率、質(zhì)量等）回傳給系統(tǒng)，以利于系統(tǒng)計算出最合理的頻率分配。

2.6 軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是基于路由器、交換機的本地控制和轉(zhuǎn)發(fā)，控制和轉(zhuǎn)發(fā)在一起會使網(wǎng)絡(luò)控制復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)難度加大，而且不靈活。過去由于控制的分散導(dǎo)致各運營商不能共享基礎(chǔ)設(shè)施，增加了運營成本，采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)后，運營商可通過各自的中央控制器對同一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行控制，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施共享。這對用戶來說是利好信息，將降低無線網(wǎng)絡(luò)使用資費。

3 5G對未來通信網(wǎng)絡(luò)影響

5G改變未來的產(chǎn)業(yè)格局是毋庸質(zhì)疑的，屆時終端的種類會更加多樣化，應(yīng)用更加多元化、智能化，但最根本的改變還是通信網(wǎng)絡(luò)本身。由于5G采用了軟件定義網(wǎng)絡(luò)，運營商可以共享基礎(chǔ)設(shè)施，無須各自重復(fù)建設(shè)，成本降低，資費自然降低，這兩點也使用戶更傾向于選擇5G通信。

基于以上，未來的通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)絡(luò)仍為光傳輸網(wǎng)絡(luò)，部分有線傳輸無法覆蓋的主干網(wǎng)絡(luò)，可由5G覆蓋，如山區(qū)，用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)將逐步變成以5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋為主的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

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