無(wú)線移動(dòng)通信的發(fā)展與5G的關(guān)鍵技術(shù)

陸憶雯

摘要

人們的日常生活離不開(kāi)思想交流和信息傳遞所謂信息傳遞，是指將信息有效而可靠地由一地傳遞到另一地，即通信烽火傳訊、鴻雁傳書等都是中國(guó)古代廣為人知的通信方式。本文通過(guò)對(duì)2G、3G、4G通信標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法、性能特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比總結(jié)，提出5G的關(guān)鍵技術(shù).

【關(guān)鍵詞】有線通信 無(wú)線通信 5G

通信的分類方式有很多，依據(jù)傳輸媒介的不同，可分為有線通信和無(wú)線通信兩大類。有線通信是指通過(guò)有形媒質(zhì)傳送信息的方式，傳輸媒質(zhì)看得見(jiàn)、摸得著，一般為導(dǎo)線、電纜、光纜、波導(dǎo)等。而無(wú)線通信是指?jìng)鬏斆劫|(zhì)看不見(jiàn)、摸不著（如電磁波）的一種通信方式，包括微波通信、短波通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、散射通信等，無(wú)線通信具有迅速、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，且不受時(shí)空的限制。

1 無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展歷程

表1是無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展歷程，分別以2G、3G、4G通信技術(shù)的出現(xiàn)作為時(shí)間分界線來(lái)討論。

過(guò)去的二十年，以手機(jī)為代表的無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)從1G發(fā)展到2G、3G，到現(xiàn)在廣泛使用的4G，以及目前開(kāi)展試驗(yàn)的5G，通信速度與通信質(zhì)量得到極大的提高，在給人們的生活帶來(lái)極大便利的同時(shí)也推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。

2 5G的關(guān)鍵技術(shù)

我們不難發(fā)現(xiàn)，每一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)都采用新的技術(shù)，1G通信系統(tǒng)是模擬技術(shù)，只能面向模擬通話，從2G開(kāi)始采用數(shù)字技術(shù)，可以使用網(wǎng)絡(luò)，3G采用CDMA無(wú)線接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多媒體服務(wù)，4G采用多天線多載波技術(shù)，大幅提升通信的速率，支持多樣化個(gè)性化的服務(wù)。5G的意義當(dāng)然不局限于網(wǎng)速更快，同時(shí)要求網(wǎng)絡(luò)更可靠、低時(shí)延、廣覆蓋、更安全，能適用于工業(yè)自動(dòng)化、智能家居、自動(dòng)駕駛、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)。5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，這些要求只能從頻譜帶寬、頻譜效率和小區(qū)數(shù)量等環(huán)節(jié)去改進(jìn)。我這里列舉幾個(gè)5G的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 存儲(chǔ)技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)的高速，就需要為移動(dòng)設(shè)備提供存儲(chǔ)子系統(tǒng)，如果設(shè)備的讀/寫性能跟不上需求的發(fā)展步伐，超快速5G網(wǎng)絡(luò)又何來(lái)用武之地。

2.2 毫米波通信

5G工作在高頻段3.5GHz-30GHz（甚至更高）。頻段越高，穿透能力越差，覆蓋范圍越小。毫米波不能穿透建筑物或障礙物，并且它會(huì)被樹(shù)葉以及雨滴所吸收，因此最有效的辦法就是留出足夠的電平衰減余量。

2.3 大規(guī)模MIMO

要增加5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量，每個(gè)基站需要同時(shí)面向更多用戶發(fā)送和接收信號(hào)，這就需要更多的天線數(shù)目。大規(guī)模MIMO將布置上百根甚至上千根天線，提升系統(tǒng)頻譜效率。這對(duì)滿足5G系統(tǒng)容量和速率需求將起到至關(guān)重要的支撐作用。

2.4 小基站

根據(jù)毫米波無(wú)線傳輸?shù)奶匦裕捎妹芗W(wǎng)絡(luò)部署的方式來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)的不中斷，組建眾多的5G網(wǎng)絡(luò)小基站，提高頻率重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)百倍量級(jí)的容量提升，以此來(lái)滿足5G千倍容量增長(zhǎng)的需求。

2.5 波束成型技術(shù)

在大規(guī)模MIMO基站上，信號(hào)處理算法規(guī)劃出最佳的路徑到達(dá)用戶，通過(guò)規(guī)劃信號(hào)傳播和抵達(dá)時(shí)間，波束成型允許多用戶在天線陣列上同時(shí)交換更多的信息。波束成型技術(shù)是將信號(hào)傳送給特定的用戶，減少對(duì)附近其他用戶的干擾。而對(duì)毫米波來(lái)說(shuō)，波束成型則應(yīng)對(duì)另一組問(wèn)題：信號(hào)會(huì)被物體阻擋并且會(huì)在長(zhǎng)距離上衰減。波束成型將信號(hào)聚焦傳輸給指定的用戶方向而不是同時(shí)傳輸給不同的方向的用戶。

2.6 全雙工模式

移動(dòng)用戶數(shù)目及其數(shù)據(jù)需求的不斷上升，5G要應(yīng)對(duì)更大的數(shù)據(jù)流。5G的全雙工模式就是射頻收發(fā)器能夠在同一頻率上同時(shí)發(fā)射和接收數(shù)據(jù)信號(hào)，完成高速率和低延遲。利用回波取消技術(shù)使天線能夠同時(shí)接收和發(fā)送信號(hào)。

2.7 先進(jìn)編碼調(diào)制

采用先進(jìn)的編碼才能適應(yīng)5G的高速率、低時(shí)延、大容量數(shù)據(jù)傳輸及多種場(chǎng)景的要求。

2.8 新型多址技術(shù)

傳統(tǒng)的正交多址接入方式己無(wú)法支持超高系統(tǒng)接入容量、超低時(shí)延和海量用戶的連接要求，采用SCMA、PDMA、MUSA、NOMA、RSMA、IGMA等新型多址技術(shù)，利用疊加傳輸技術(shù)來(lái)提升系統(tǒng)的接入能力，才能支撐5G網(wǎng)絡(luò)千億設(shè)備的連接需求。

2.9 全頻譜接入技術(shù)

通過(guò)有效利用各類頻譜資源，可有效緩解5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜資源的巨大需求。

2.10 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于SDN、NFV和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開(kāi)放的5G新型網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超高速率、零時(shí)延、超大連接、信息融合等等只是SG的一些特性，現(xiàn)有的研究成果不是5G的全部，5G和4G一樣，是無(wú)線通信發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新永無(wú)止境。

參考文獻(xiàn)

[1]唐忠杰.關(guān)于5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)分析及若干關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國(guó)新通信，2016（20）：6-7.

[2]馬丁潔.基于SON和NFV的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2015（20）.

[3]Hayashi Y，Kishiyama Y，Higuchi K.Investigations on Power Allocationamong Beams in Non-Orthogonal Accesswith Random Beamforming and Intra-Beam SIC for Cellular MIMO Downlink.[J].2013，112（6）：1-5.

[4]丁林.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)新通信，2015，17（19）：74-74.