對(duì)5G移動(dòng)通信發(fā)展與技術(shù)問(wèn)題探討

肖傳建

【摘 要】本文將依據(jù)5G移動(dòng)通訊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，闡述了5G移動(dòng)通訊技術(shù)在未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，并對(duì)5G移動(dòng)通訊技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，且指出了我國(guó)在研究與運(yùn)用5G移動(dòng)通訊技術(shù)時(shí)需要注意的難點(diǎn)，以期豐富我國(guó)對(duì)5G通訊技術(shù)的研究理論。

【關(guān)鍵詞】5G；移動(dòng)通信；發(fā)展；技術(shù)；問(wèn)題

隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，特別是在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)，也就是4G技術(shù)日趨成熟的情況下，積極開(kāi)發(fā)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)5G）逐漸成為現(xiàn)代通訊企業(yè)研究的重要課題。為了滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求，保障通訊的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)信息的飛速發(fā)展，各大通訊企業(yè)已經(jīng)加大了對(duì)5G技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)力度。從5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)而言，相對(duì)于前四代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)，其會(huì)得到廣泛的適用，并成為新一代移動(dòng)通信的主力軍。目前，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入到5G的研究階段，并在2016年實(shí)施了關(guān)于5G關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施。但是，仍有不少人對(duì)5G存在錯(cuò)誤的認(rèn)知，且5G在適用過(guò)程中也存在諸多難點(diǎn)，以待攻破。

1 5G移動(dòng)通訊技術(shù)的概述

第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)主要是對(duì)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的延伸，在當(dāng)前的研究領(lǐng)域當(dāng)中，不少學(xué)者認(rèn)為第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)5G）的體系架構(gòu)主要可以分為三個(gè)部分，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景、一個(gè)是接入網(wǎng)，還有一個(gè)核心網(wǎng)。自從我國(guó)第二代蜂窩系統(tǒng)技術(shù)被研究出臺(tái)以后，人們?cè)絹?lái)越重視峰值服務(wù)速率指標(biāo)，并將該指標(biāo)作為信號(hào)技術(shù)新能的關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)處理。依據(jù)以往的研究歷史，2G、3G與4G都經(jīng)過(guò)了大約十年的研發(fā)周期。因此，可以推算出，5G與世人見(jiàn)面的時(shí)間大約為2020年。相對(duì)于4G而言，5G會(huì)具有更多的優(yōu)勢(shì)，其效能更高，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性更高，且具有更高的資源利用率和更快的傳輸率。但是，從當(dāng)前我國(guó)4G運(yùn)營(yíng)的結(jié)果來(lái)看，其所需要面臨的最大問(wèn)題是設(shè)備的限制與技術(shù)的制約，導(dǎo)致4G的傳輸速率只能保持在75Mbps之內(nèi)。而5G則可能突破這一限制，為人們帶來(lái)更快的傳輸速度。

通過(guò)4G的運(yùn)行結(jié)果以及人們的期待來(lái)看，將來(lái)的5G可能會(huì)具有覆概率高、低耗能、熱點(diǎn)高容量、可靠性高和性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。從目前我國(guó)通信企業(yè)對(duì)5G研究的重點(diǎn)來(lái)看，5G更關(guān)注用戶(hù)的體驗(yàn)及滿(mǎn)意度，并提高了網(wǎng)絡(luò)在空間上的廣域覆蓋的功能。如果說(shuō)4G比3G技術(shù)具有更高的速度，那么5G就比4G具有更大的應(yīng)用范圍和無(wú)處不在的連接功能。使得使用者能在任何地方、任何時(shí)間使用任何設(shè)備都能快速的連接到網(wǎng)絡(luò)。其次，依據(jù)我國(guó)最新出版白皮書(shū)的要求，5G還必須滿(mǎn)足綠色環(huán)保的創(chuàng)造理念，也就是說(shuō)，5G還必須具有低耗能特點(diǎn)。由于5G會(huì)比4G具有更快的速度，對(duì)手機(jī)等設(shè)備的電池要求更更高，為了降低能源損耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，5G還必須具備低耗能的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，目前可聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備不僅局限于手機(jī)，還有其他智能設(shè)備，如何降低這些智能設(shè)備的耗損量，也是5G研究課題當(dāng)中應(yīng)該予以重視的問(wèn)題。另外，熱點(diǎn)高容量也是將來(lái)5G技術(shù)研究的重要方向。由于4G技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)流量需求大時(shí)傳輸速率下降的問(wèn)題，給人們的通信網(wǎng)絡(luò)使用帶來(lái)一定的不便。為了更方便人們的通信使用，5G將強(qiáng)對(duì)該問(wèn)題的研究力度，并保障在人口密度大的地方也平均分配傳輸速率，不會(huì)讓使用者出現(xiàn)卡頓及消息滯后的現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，將來(lái)的5G技術(shù)必然會(huì)具備熱點(diǎn)高容量的優(yōu)勢(shì)。5G技術(shù)還具有可靠性的優(yōu)勢(shì)。目前全球的通信公司普遍認(rèn)為5G低時(shí)延的認(rèn)知是其低時(shí)延性達(dá)到1ms，且穩(wěn)定率及可靠性高達(dá)99.999%以上，每位用戶(hù)的最小容量可以達(dá)到1Gbps。從該項(xiàng)認(rèn)知可以看出，未來(lái)的5G技術(shù)邊會(huì)具有低時(shí)延性與高可靠性。最后，5G還會(huì)具有更高的端性能。由于未來(lái)智能設(shè)備會(huì)越來(lái)越多，如何在保障智能設(shè)備后臺(tái)程序運(yùn)行時(shí)的通信穩(wěn)定，保障設(shè)備信息發(fā)送和下載的穩(wěn)定及效率，也成為5G研究的重要課題?？梢?jiàn)，未來(lái)5G技術(shù)必然會(huì)具有更良好的端性能。

2 5G移動(dòng)通訊運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)

自從ITU在2015年確定了5G的發(fā)展目標(biāo)之后，對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)的研究也提上了日程，并在2016年有望全球統(tǒng)一5G標(biāo)準(zhǔn)。但是，現(xiàn)階段的標(biāo)準(zhǔn)制定則需要急切的解決低頻與高頻、移動(dòng)寬帶與物聯(lián)網(wǎng)之間的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，而以下所述的大規(guī)模的MIMO技術(shù)、毫米波通信技術(shù)和D2D技術(shù)就是為解決這兩大問(wèn)題而研發(fā)出來(lái)的。

（1）大規(guī)模的MIMO技術(shù)

如果說(shuō)4G是有了更快的速度，那5G就是有了更廣闊的運(yùn)用范圍。因此，大規(guī)模MIMO技術(shù)是5G開(kāi)發(fā)中最重要的技術(shù)，也是5G提高頻譜效率的關(guān)鍵技術(shù)。大規(guī)模MIMO技術(shù)又可以稱(chēng)之為大型天線系統(tǒng)，是在4G的基礎(chǔ)上，將原來(lái)的8根天線增加到數(shù)百甚至是數(shù)千根服務(wù)線的一種技術(shù)。對(duì)該技術(shù)的的改革，可以有效實(shí)現(xiàn)一個(gè)基站多個(gè)用戶(hù)的同時(shí)通信。通過(guò)額外的天線將信號(hào)能量傳輸以及接受整合到一個(gè)很小的空間之內(nèi)，促使用戶(hù)終端能獲取大大量的吞吐量，且提高了能源的使用效率。大規(guī)模MIMO技術(shù)的設(shè)計(jì)思維，主要是想實(shí)現(xiàn)通訊系統(tǒng)的時(shí)分雙工操作，也可以被運(yùn)用在品分雙工操作系統(tǒng)之上。這種大規(guī)模的MIMO技術(shù)具有非常大的優(yōu)勢(shì)，其元件的價(jià)格非常低、耗能也比較低，可有有效減少信息延遲的現(xiàn)象，且被廣大用戶(hù)所使用。大規(guī)模MIMO技術(shù)的出現(xiàn)，給許多傳統(tǒng)的通訊系統(tǒng)的改良帶來(lái)了新的解決思路，對(duì)信息方向也有了新的研究進(jìn)展。當(dāng)前，我國(guó)大唐、華為和中興企業(yè)都已經(jīng)完成了對(duì)大規(guī)模MIMO技術(shù)的測(cè)試工作。從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，其峰值傳輸速度可以達(dá)到4Gnps，相對(duì)于傳統(tǒng)的雙流技術(shù)，速度提高了8倍。正是由于這項(xiàng)技術(shù)的存在，促使我國(guó)2020年實(shí)現(xiàn)5G覆蓋成為了可行之事。

（2）毫米波通信技術(shù)

毫米波技術(shù)是微波向高頻與光波向低頻的發(fā)展與延伸。由于目前全球的斷頻資源非常短缺，大部分國(guó)家的無(wú)線電信系統(tǒng)頻譜都在6GHz以下，但是3GHz到60GHz頻段的資源卻是非常豐富的。因此，如果將5G技術(shù)的頻譜控制在9.9GHz到86GHz之間，就能充分開(kāi)發(fā)利用毫米波頻段上的資源了。通過(guò)開(kāi)展RAT技術(shù)的研究，以LET技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)廣域覆蓋研究的基礎(chǔ)，就可以在9.9GHz到86GHz頻譜斷之間實(shí)現(xiàn)超密集網(wǎng)絡(luò)（UDN）了，且UDN與LET之間就能產(chǎn)生重疊與覆蓋，就能在有限的空間內(nèi)部署更多的天線，也能保障通信的穩(wěn)定與傳輸速度。當(dāng)前我國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在毫米波段上開(kāi)始了大規(guī)模MIMO技術(shù)的研究，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了容量增加與效率提升，其傳輸速率可以使得用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)下載更為高效，能在幾秒之間就能達(dá)到幾百兆的數(shù)據(jù)傳輸，該研究結(jié)果為5G的實(shí)現(xiàn)奠定了扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）D2D技術(shù)

D2D簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是設(shè)備之間的通信，對(duì)其研究的主要目的是為了提升用戶(hù)的體驗(yàn)感與使用質(zhì)量。自從5G概念提出之后，有越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注D2D技術(shù)，意圖在5G當(dāng)中融入D2D技術(shù)來(lái)提高用戶(hù)的滿(mǎn)意度。目前，全球?qū)2D技術(shù)的研究已經(jīng)逐漸進(jìn)入到成熟階段，從基站協(xié)調(diào)逐漸向基站完全不參與的方向發(fā)展。國(guó)外也有很多研究者開(kāi)始了對(duì)D2技術(shù)作為設(shè)備中繼的研究課題，促使設(shè)備能不在基站覆蓋范圍之內(nèi)也能連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于藍(lán)牙與WIFI技術(shù)而言，D2D具有的優(yōu)勢(shì)是能在蜂窩系統(tǒng)的頻段之上工作，也就是說(shuō)，通信雙方的穩(wěn)定性會(huì)更高，使用質(zhì)量也有所保障。目前，國(guó)內(nèi)外研究的D2D通信形式主要有廣播、多播和單薄這三種。因此，其會(huì)比蜂窩網(wǎng)絡(luò)更加難以調(diào)和，更為復(fù)雜，目前我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究人處于深化當(dāng)中。由于D2D通信會(huì)比藍(lán)牙具有具體更長(zhǎng)、通信更穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，也不需要用戶(hù)的手動(dòng)配對(duì)。所以，其在5G當(dāng)中的運(yùn)用可能性會(huì)更高，為大量終端的大規(guī)模移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及多種通信業(yè)共通提供了實(shí)現(xiàn)的可能性。

3 5G移動(dòng)通訊發(fā)展中應(yīng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)

結(jié)合3G與4G的技術(shù)研究重點(diǎn)來(lái)看，其更關(guān)注的是移動(dòng)寬帶應(yīng)用場(chǎng)景的系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)速率的提升之上。目前，我國(guó)5G技術(shù)已經(jīng)充分實(shí)現(xiàn)了對(duì)技術(shù)研究的突破，也明確了具體的定義和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。可見(jiàn)，在未來(lái)運(yùn)用5G技術(shù)是大勢(shì)所趨，是時(shí)代發(fā)展的需求。但是，結(jié)合我國(guó)3G與4G技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀來(lái)看，未來(lái)我國(guó)5G技術(shù)的運(yùn)用仍需要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一、網(wǎng)絡(luò)信息安全和用戶(hù)隱私，當(dāng)前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)層的信息安全與用戶(hù)因素都是基于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)分析方法來(lái)進(jìn)行的，但是5G技術(shù)使用的是無(wú)線通信技術(shù)，其與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)分析方法存在一定差異，因此，在5G當(dāng)中使用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)分析方法是不合適的，必須研究出新的分析方法，以此保障5G用戶(hù)的信息安全與隱私；二、為了充分凸顯出5G的廣域覆蓋優(yōu)勢(shì)，還需要加強(qiáng)5G在深海、地下、高空等偏僻地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性及速率，這些地方的通信傳輸本身是依據(jù)聲波與激光來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并具有非常大的局限性，如何在這些偏僻領(lǐng)域保障通信暢通一直都是人們研究的重點(diǎn)；三、納米通信，隨著近年來(lái)納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)也逐漸適用于通信系統(tǒng)當(dāng)中，也有研究者提出了借鑒細(xì)胞與病毒的傳播機(jī)理來(lái)構(gòu)建通信系統(tǒng)，這些理念的提出為5G研究提供了新的方向，應(yīng)該予以重視；四、社交網(wǎng)絡(luò)，由于對(duì)5G技術(shù)的不斷深入研究，有人提出了六度分隔理論，以此為社交網(wǎng)絡(luò)提供了理論基礎(chǔ)，也為5G技術(shù)的運(yùn)用提出了新的難題；五、軟件定義網(wǎng)絡(luò)，隨著5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制定之后，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的數(shù)據(jù)平面與控制平面分離，促使網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)了更好的融合，可有效打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)分，大大提高了網(wǎng)絡(luò)之間的兼容性。

由于以上研究理論及課題的提出，給5G技術(shù)的運(yùn)用帶來(lái)新的可能性，也給5G的具體運(yùn)用帶來(lái)了新的困難。且隨著這些理念在5G研究領(lǐng)域的影響不斷加大，筆者認(rèn)為，這些應(yīng)該作為5G移動(dòng)通信發(fā)展的中應(yīng)充分關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)這些理論及技術(shù)的研究力度，以期不斷豐富5G移動(dòng)通信技術(shù)研究的理論基礎(chǔ)及技術(shù)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

總而言之，目前我國(guó)已經(jīng)加強(qiáng)了對(duì)5G移動(dòng)通信的研究力度，并隨著4G移動(dòng)通信的不斷普及，為5G移動(dòng)通信的研究提供了更多的方向及理論基礎(chǔ)，也給5G移動(dòng)通信提出了更多難題。盡管當(dāng)前5G的標(biāo)準(zhǔn)仍為真正形成，但是作為通信技術(shù)的研究者，應(yīng)該緊緊跟住時(shí)代的潮流，穩(wěn)穩(wěn)地跟隨通信發(fā)展的發(fā)現(xiàn)，對(duì)5G移動(dòng)通信進(jìn)行更多的研究，力圖為豐富我國(guó)5G移動(dòng)通信研究理論、推動(dòng)我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)通信事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，保障我國(guó)通信事業(yè)的先進(jìn)性與科學(xué)性。

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