5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)綜述

唐愛國

【摘要】 隨著4G網(wǎng)絡(luò)的全面商用，得到的市場(chǎng)反饋效果特別好，從3G時(shí)代的200k/、S的網(wǎng)絡(luò)速度一下子過度到了10M/S的網(wǎng)絡(luò)速度，隨著相關(guān)的各大領(lǐng)域都得到了飛速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)發(fā)展速度是各大行業(yè)發(fā)展速度的一個(gè)巨大的瓶頸，習(xí)總書記也對(duì)網(wǎng)絡(luò)改革提出了很多重大的意見。目前5G網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)處于全面研究階段，2020年將展開全面商用，本文主要對(duì)5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)展開研究，并重點(diǎn)論述了全頻段技術(shù)、超密集組網(wǎng)和新型多址等各個(gè)5G移動(dòng)通信的重點(diǎn)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 5G 移動(dòng)通信 技術(shù) 綜述

一、引言

隨著移動(dòng)通信用戶速度的快速發(fā)展，對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)速度的要求也越來越高，之前用戶使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可能就是瀏覽網(wǎng)頁、聊天等，需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬速度并不高。目前眾多的用戶已經(jīng)開始使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行移動(dòng)辦公、網(wǎng)絡(luò)視頻、網(wǎng)絡(luò)通話及在線觀看電影、電視劇等。對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)速度的要求越來越高。4G技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于以上需求基本得以滿足，但是由于移動(dòng)通信成本過高，導(dǎo)致資費(fèi)很高，普通用戶難以承擔(dān)其這個(gè)成本。通過5G技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)，將會(huì)進(jìn)一步加大移動(dòng)通信在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，從而降低資費(fèi)也能更好的產(chǎn)生效益。以后物流、教育、醫(yī)療等等行業(yè)都可能通過物聯(lián)網(wǎng)的形式得以發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是其中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，解決了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)為各大行業(yè)的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的保障。2013年北京召開了5G峰會(huì)，提出了5G展望。 2014年發(fā)布了白皮書，5G成為了各個(gè)領(lǐng)域最為熱門的話題。我國于2016年啟動(dòng)了對(duì)5G移動(dòng)通信的性能需求研究，2017年開始征集技術(shù)提案，2018到2019年將會(huì)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)和方案評(píng)審，2020年會(huì)實(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化。

二、關(guān)鍵技術(shù)

目前來說，5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)主要有全頻段技術(shù)+全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、超密集組網(wǎng)、新型多址、大規(guī)模MIMO等技術(shù)，本節(jié)主要對(duì)以上關(guān)鍵技術(shù)展開綜述。

2.1 新型多址

新型多址技術(shù)是一種利用濾波器組的多載波技術(shù)，將四維的空域、碼域、頻域、時(shí)域等疊加起來，然后傳輸?shù)男盘?hào)就會(huì)得以提升，從而可以容納更多的用戶和提升系統(tǒng)的頻譜效率。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)解決了均衡接收技術(shù)與通信高速度傳輸及多徑干擾等之間的問題。它利用非矩形脈沖提高了通信的整體性能，但由于當(dāng)前的信道以同步及快速算法為準(zhǔn)，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難道很大，需要的原型濾波器的長(zhǎng)度要超過子信道的數(shù)量 ，因此導(dǎo)致該技術(shù)難以在硬件上實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)一步加大對(duì)其的研究。

2.2 全頻段技術(shù)

當(dāng)前的工作頻段以3GHZ為主，頻譜資源處于不足的狀態(tài)之中，只有使用高頻段才可以緩解該問題。因此在5G移動(dòng)通信技術(shù)中采用了全頻段技術(shù)，利用該技術(shù)可以將各個(gè)頻譜的資源利用起來從而提升系統(tǒng)的容量和傳輸?shù)男?。目前，處于研究狀態(tài)的5G全頻段的范圍為6—100GHZ.從而可以更好的支持在未來中的擴(kuò)展作用 ，也保證了傳輸效率和5G容量的支持。使用高頻段在5G通信中的優(yōu)點(diǎn)在于高頻毫米波具有天線增益較高、天線設(shè)備可實(shí)現(xiàn)小型化、帶寬更寬等好處。同時(shí)高頻通信也存在著一些技術(shù)問題尚待研究，如穿透能力差、繞行能力差、傳輸距離不足、容易受到氣候的影響等。

2.3 大規(guī)模MIMO

MIMO為多輸入和多輸出技術(shù)。也可以叫做多天線技術(shù)。使用該技術(shù)可以提升傳輸可靠性和系統(tǒng)頻譜的效率。在無線通信系統(tǒng)中，當(dāng)天線發(fā)射頻率和頻譜資源保持不變時(shí)就可以通過配置多根天線的按時(shí)來成倍數(shù)的提升系統(tǒng)的容量。也就是說將大規(guī)模的輸入輸出天線集成配置到一個(gè)基站中，多個(gè)用戶就可以同時(shí)無干擾的在同一時(shí)間和同一頻率下進(jìn)行通信。該技術(shù)方案與當(dāng)前的技術(shù)方案相比主要優(yōu)勢(shì)在于：（1）可以滿足多用戶與單個(gè)基站之間進(jìn)行大規(guī)模的同時(shí)通信，具有較強(qiáng)的空間分辨率；（2）可降低發(fā)射功率，提升頻譜效率，實(shí)現(xiàn)多波束的智能賦型；（3）天線數(shù)目達(dá)到一定數(shù)量之后，檢驗(yàn)器和線性預(yù)編碼可以達(dá)到最佳的性能。

2.4 超密集組網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將會(huì)以智能化、寬帶化和多元化為主要的發(fā)展方向。未來網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展方向主要在熱點(diǎn)密集地區(qū)和室內(nèi)，而當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流量如果在少數(shù)人使用的狀態(tài)下不存在延遲、低網(wǎng)速等問題，但一旦放開使用用戶數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)延遲和網(wǎng)絡(luò)速度都將會(huì)是一個(gè)巨大的問題，而物聯(lián)網(wǎng)和智能終端所依賴的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)處于堵塞狀態(tài)，很難發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)和智能終端的優(yōu)勢(shì)。目前5G移動(dòng)通信技術(shù)所研究的超密集組網(wǎng)，可以針對(duì)高度使用移動(dòng)數(shù)據(jù)的地區(qū)提升流量容量1000倍，很好的解決了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)使用密集地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)容量問題。該技術(shù)的發(fā)展，雖然在數(shù)據(jù)流量方面提升率非常高，但是由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，各網(wǎng)絡(luò)之間的信號(hào)干擾也是一個(gè)很大的麻煩，大家都知道一旦同一個(gè)區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)過多，就會(huì)相互之間產(chǎn)生干擾，影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸。因此，該技術(shù)還需要進(jìn)一步的研究以適用未來對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的眼球。

2.5 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

面向眾多用戶在圖像、視頻和音頻等方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的要求，在未來的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，影響用戶訪問質(zhì)量的一個(gè)很大因素就是網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸式增長(zhǎng)，這也是當(dāng)前沒有全面放開4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)流量資費(fèi)的一個(gè)重大原因。因此，如何有效的分發(fā)數(shù)據(jù)流量，降低網(wǎng)絡(luò)延遲是目前5G移動(dòng) 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個(gè)很大的難題。這種問題，單純的依靠網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增加很難解決。因此，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)從而誕生，主要用來對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的用戶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分發(fā)，從而提升用戶的響應(yīng)效率，目前的視頻網(wǎng)站很多已經(jīng)使用了CDN分發(fā)技術(shù)，包括一些云平臺(tái)也都使用了CDN分發(fā)技術(shù)。

該技術(shù)主要是在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中增加了智能虛擬網(wǎng)絡(luò)，建立起來的CDN系統(tǒng)會(huì)將用戶距離、負(fù)載情況、連接狀態(tài)等綜合納入考慮因素，然后通過一定的計(jì)算算法，選擇最優(yōu)的CDN代理服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)用戶的低延遲響應(yīng)速度，保障網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。CDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示。當(dāng)用戶發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求就會(huì)被發(fā)送到源服務(wù)器，然后會(huì)被DNS進(jìn)行重定向，CDN代理服務(wù)器中，最合適的那一個(gè)會(huì)將響應(yīng)發(fā)送給用戶，從而用戶獲得最為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。源服務(wù)器的主要作用就是將內(nèi)容下發(fā)給各個(gè)代理服務(wù)器，用戶就會(huì)從最為合適的那一個(gè)代理服務(wù)器上獲得內(nèi)容。CDN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是解決了用戶高延遲的問題，熱愛打游戲的用戶就會(huì)知道，延遲過高，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)很卡，然后玩游戲的質(zhì)量就不高。因此CDN技術(shù)，將會(huì)成為5G移動(dòng)通信中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。

三、結(jié)束語

隨著目前4G網(wǎng)絡(luò)的普及，各行各業(yè)都得到了巨大的發(fā)展，5G移動(dòng)通信將勢(shì)在必行，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所帶來的紅利是顯而易見的。但是5G移動(dòng)通信所涉及的技術(shù)難題也是相當(dāng)罕見的。因此本文重點(diǎn)對(duì)5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜述，所涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有新型多址、全頻段技術(shù)、大規(guī)模MIMO、超密集組網(wǎng)和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)等等。通過對(duì)以上關(guān)鍵技術(shù)的綜述，充分的展示出了在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的研究成果，也說明了還存在著一定的差距，需要繼續(xù)進(jìn)行深一步的研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]5G終端業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)挑戰(zhàn)[J]. 周代衛(wèi)，王正也，周宇，孫向前. 電信網(wǎng)技術(shù). 2015（03）

[2]面向55G的分布式移動(dòng)云計(jì)算協(xié)同架構(gòu)與管理機(jī)制[J]. 李宏佳，陳鑫，周旭. 中興通訊技術(shù). 2015（02）

[3]移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)探究[J]. 畢艷軍. 通訊世界. 2017（04）