5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景分析

鄧宏橋

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5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景分析

鄧宏橋

廣東海格怡創(chuàng)科技有限公司，廣東 廣州 510000

5G是指無(wú)線電話應(yīng)用的第五代通訊技術(shù)，是基于4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的新技術(shù)。現(xiàn)階段，無(wú)線通信已由最初的通信速度低、安全性不高，發(fā)展成為通信效果好、保密程度高、能夠傳輸清晰圖像、高清視頻的成熟技術(shù)。如今，世界各國(guó)均開始進(jìn)行5G通信技術(shù)的研究工作，為開發(fā)新技術(shù)做好準(zhǔn)備工作。

5G；無(wú)線通信；應(yīng)用；前景

1 5G無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)

1.1 設(shè)計(jì)無(wú)線云計(jì)算技術(shù)

在5G無(wú)線通信時(shí)代，人們對(duì)智能終端設(shè)備計(jì)算能力和服務(wù)質(zhì)量提出更高的要求。無(wú)線云計(jì)算作為全新的IT資源或信息服務(wù)交付與使用模式，其設(shè)計(jì)是在無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)中引進(jìn)云計(jì)算產(chǎn)品[1]。

在無(wú)線云計(jì)算中，無(wú)線設(shè)施需處理復(fù)雜的計(jì)算和數(shù)據(jù)，并將存儲(chǔ)的信息由無(wú)線設(shè)備遷移至云中，進(jìn)一步降低無(wú)線設(shè)備能源消耗情況，彌補(bǔ)本地資源短缺問題。同時(shí)，云計(jì)算能夠?yàn)橛脩籼峁┻h(yuǎn)程安全服務(wù)，支持用戶無(wú)縫運(yùn)用云服務(wù)，且不會(huì)出現(xiàn)延遲、抖動(dòng)的情況。因此，無(wú)線云計(jì)算必然成為5G通信服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)[2]。

1.2 大范圍的MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是無(wú)線通信天線技術(shù)的一種，是Multiple-Input Multiple-Output的簡(jiǎn)稱，即多路輸入多路輸出技術(shù)的意思。簡(jiǎn)單來(lái)說，就是將基站的單天線換為由多天線構(gòu)成的天線陣列，然后把要傳輸資料分割成多份，通過多重天線同步傳送，接收端也會(huì)具備多重天線接收信號(hào)。最終，采用用算法將分開的資料重新整合，這樣便可以正確且快速的傳輸資料流，從而大幅度地提升頻譜利用率。4G時(shí)代，2×2的MIMO可以提供2倍容量增益，5G時(shí)代，隨著256×256的MIMO甚至更大規(guī)模的使用，容量相對(duì)于4G，將得到數(shù)百倍的增加[3]。

1.3 多載波聚合技術(shù)

載波，是指載有數(shù)據(jù)的特定頻率的無(wú)線電波，采用多載波技術(shù)聚合主要是為用戶提供更寬的傳輸管道，從而實(shí)現(xiàn)更快的速率。如同水管，一根水管能夠提供100?m3/s的水量，10個(gè)聚合在一起將提供1000?m3/s的水量。5G能夠?qū)?0個(gè)甚至更多載波聚合在一起，為終端用戶提供更快的速率和更高的容量。

2 5G無(wú)線通信技術(shù)的特征與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 5G無(wú)線通信技術(shù)的特征

5G是在4G技術(shù)基礎(chǔ)上的平滑演進(jìn)，其技術(shù)特征主要表現(xiàn)如下。頻譜利用率高：高頻段頻譜資源在5G通信技術(shù)中的廣泛的應(yīng)用，目前的科技水平條件下，高頻段無(wú)線電波利用率比較低，穿透能力差，使用上有不少限制，而未來(lái)對(duì)頻譜的利用率提升，與光載無(wú)線組網(wǎng)、有線和無(wú)線寬帶技術(shù)的融合，能夠給5G通信技術(shù)帶來(lái)廣泛的應(yīng)用前景。系統(tǒng)性能強(qiáng)：5G無(wú)線通信技術(shù)將更加多點(diǎn)、多天線、多用戶、多社區(qū)的相互協(xié)同、相互組網(wǎng)作為重點(diǎn)，大幅提高了通信系統(tǒng)的性能。室內(nèi)通信業(yè)務(wù)是通信的主要業(yè)務(wù)，5G無(wú)線通信系統(tǒng)也以室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能和業(yè)務(wù)支撐進(jìn)行擴(kuò)展，是無(wú)線通信系統(tǒng)的廣域覆蓋。雙向信號(hào)傳遞：5G采取雙向傳遞無(wú)線電波。打電話時(shí)，電話將聲音轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，傳輸電子信號(hào)到最近的無(wú)線電波接收信號(hào)塔。小區(qū)發(fā)射塔通過信號(hào)塔網(wǎng)絡(luò)反射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)呼叫連接。由于無(wú)線電波震動(dòng)頻率更快，5G將利用更先進(jìn)的技術(shù)，配置更高的電臺(tái)頻率和更大的寬帶。高頻率、大容量和密集的信號(hào)接收點(diǎn)，會(huì)使得5G網(wǎng)絡(luò)的下載速度高達(dá)10?Gbit/s，比4G速度快100倍。功耗成本雙低：未來(lái)對(duì)5G通信系統(tǒng)的研究將會(huì)著重在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的“軟”配置設(shè)計(jì)上，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)業(yè)務(wù)流量變化來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能耗和成本雙低[4]。

2.2 5G無(wú)線通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

2G/3G/4G數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展為5G無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)的成熟奠定了基礎(chǔ)，5G無(wú)線通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要如下。高頻段傳輸技術(shù)：隨著無(wú)線終端用戶規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，頻譜資源成為越來(lái)越稀缺的資源，高頻段傳輸能夠提高頻譜資源的利用效益。目前無(wú)線通信系統(tǒng)的頻段主要在3?GHz以內(nèi)，如果采用高頻段帶寬就會(huì)達(dá)到273.5?GHz，這樣不僅通信設(shè)備的尺寸要小很多，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)短距離內(nèi)的高速信息傳遞，滿足用戶容量、速率等多方面的要求。多天線傳輸技術(shù)：多天線傳輸技術(shù)是目前5G技術(shù)中需要重點(diǎn)研究的技術(shù)，多天線傳輸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從二維到三維、從無(wú)源到有源、從高階多輸入多輸出到大規(guī)模陣列，能夠充分提高頻譜利用率10倍以上。同時(shí)同頻全雙工技術(shù)：能夠在相同的物理信道上對(duì)兩個(gè)方向的信號(hào)進(jìn)行傳輸，因而也被稱為是高效的頻譜效率技術(shù)。同時(shí)同頻全雙工技術(shù)能夠消除通信雙工節(jié)點(diǎn)自身發(fā)射機(jī)信號(hào)的干擾，既可以發(fā)射信號(hào)機(jī)信號(hào)，又可以接收另一節(jié)點(diǎn)的同頻信號(hào)，因而能夠有效地提升頻譜效率，使無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具有靈活性和穩(wěn)定性。

3 5G無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)

縱覽全球，5G將于2020年正式商用，具體到中國(guó)，將經(jīng)歷3個(gè)階段：一是技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，目前已完成；二是技術(shù)方案驗(yàn)證，目前已啟動(dòng)，預(yù)計(jì)到2017年底完成；三是系統(tǒng)驗(yàn)證，預(yù)計(jì)2017年中到2018年底結(jié)束。主要指建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)與基站，其主要投向主設(shè)備以及配套的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)、鐵塔及傳輸?shù)?。主設(shè)備的投資又將傳導(dǎo)至射頻器件、光模塊、基站天線等投資與建設(shè)。與此同時(shí)，伴隨5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5G新業(yè)務(wù)、新架構(gòu)、新技術(shù)，都會(huì)對(duì)安全和用戶隱私保護(hù)提出新的挑戰(zhàn)。5G安全機(jī)制除了要滿足基本信息通信，還需要為不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供差異化安全服務(wù)，能夠適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)接入方式及新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，隱私保護(hù)，支持開放運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的安全能力。未來(lái)5G安全將呈現(xiàn)多樣化場(chǎng)景，并在多種接入方式以及新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上提供全方位的安全保障。5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)將主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。一是萬(wàn)物互聯(lián)：從4G開始，智能家居行業(yè)已經(jīng)興起，但只是處于初級(jí)階段的智能生活，4G不足以支撐“萬(wàn)物互聯(lián)”，距離真正的“萬(wàn)物互聯(lián)”還有很大的距離；而5G極大的流量將能為“萬(wàn)物互聯(lián)”提供必要條件。未來(lái)數(shù)年，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展與5G的即將商用有著密不可分的關(guān)系。

4 結(jié)論

5G是高速率、大連接、低時(shí)延、低功耗、萬(wàn)物互聯(lián)創(chuàng)造的一個(gè)革命性的新體系，絕不只是簡(jiǎn)單速率的提升。在革命性技術(shù)的推動(dòng)下，網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)以及管控都會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，產(chǎn)業(yè)也將會(huì)隨之根本改變。這場(chǎng)變革的力量將會(huì)帶來(lái)什么，我們將拭目以待。

[1]張培培.5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景分析[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2016（24）：32-33.

[2]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].通訊世界，2016（10）：93.

[3]鄭少丹.論5G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤相關(guān)應(yīng)用[J].建材與裝飾，2016（30）：124-125.

[4]楊凡.基于5G無(wú)線技術(shù)在群智感知中的應(yīng)用研究[J].電腦與信息技術(shù)，2016（5）：29-32.

Application foreground analysis of 5G wireless communication technology

Denghongqiao

Guangdong Haige iscreate Technology Co. Ltd, Guangdong Guangzhou 510000

5G refers to the fifth generation of wireless telephone communication technology, and it is a new technology based on 4G network technology. At this stage, wireless communication has been developed from low initial communication speed to low security. It has developed into a mature technology with good communication effect, high secrecy, and capable of transmitting clear images and high-definition video. Nowadays, all countries in the world begin to do research on 5G communication technology, and make preparations for developing new technologies.

5G; wireless communication; application; Prospect

TN929.5

A

1009-6434（2017）04-0057-02