淺談移動(dòng)通信的發(fā)展和5G未來

付容 張琴琴 四川郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、簡介

移動(dòng)通信從商用開始，飛速發(fā)展，從最初僅限語音的模擬蜂窩通信的1G，到以數(shù)字語音為核心的2G，再到支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G，最后到集3G和WIFI于一體的4G，移動(dòng)通信每一次的演進(jìn)和創(chuàng)新都使我們的生活有了顯著的變化?，F(xiàn)在4G無時(shí)無刻不在影響著我們的生活，5G作為4G之后的延伸，更為大家關(guān)注和期待。

二、1G到4G的發(fā)展

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)于80年代中期開通并商用，主要采用模擬技術(shù)和頻分多址技術(shù)。1G時(shí)代僅僅只能傳輸語音業(yè)務(wù)，且質(zhì)量不佳，所以市場滲透率低。正是因?yàn)?G的種種不足，2G技術(shù)上有了明顯提高和增強(qiáng)。

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心是數(shù)字語音傳輸技術(shù)，能支持更多的用戶，通話質(zhì)量大大地提高。2G在各方面都較1G更加完善，依舊以語音業(yè)務(wù)為核心，提供有限的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且由于各國移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因而無法實(shí)現(xiàn)全球漫游?？梢哉f1G到2G是從模擬系統(tǒng)到數(shù)字系統(tǒng)的演進(jìn)。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)支持高速數(shù)據(jù)傳輸，包括 CDMA2000、WCDMA、TDSCDMA、WiMAX四種標(biāo)準(zhǔn)。3G的到來，使人們從語音通話過渡到視頻電話、網(wǎng)上交流等，甚至可以進(jìn)行寬帶上網(wǎng)，并且使用手機(jī)購物、聽歌、玩游戲等，各種多媒體互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展?？梢哉f2G到3G是從以語音業(yè)務(wù)為核心的系統(tǒng)向以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為核心的系統(tǒng)的演進(jìn)。

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，能快速傳輸數(shù)據(jù)，提供多媒體業(yè)務(wù)。4G采用多種核心技術(shù)，具有通話質(zhì)量好、頻譜利用率高、費(fèi)用便宜等優(yōu)勢。4G時(shí)代較3G最大的變化就是數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜速率得到了大大的提高，手機(jī)不僅僅用來通話，更是可以當(dāng)作一個(gè)小型電腦，隨著4G的發(fā)展，手機(jī)終端上網(wǎng)與我們生活開始密不可分，可以說3G向4G的是從支持移動(dòng)互聯(lián)的低速數(shù)據(jù)速率到高速數(shù)據(jù)速率的平滑演進(jìn)。

三、4G到5G的過渡

隨著越來越多的移動(dòng)多媒體服務(wù)和應(yīng)用的推出，以及對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能和高清視頻的期望，現(xiàn)在的4G的速率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的要求和社會(huì)的需求，于是專家們提出了5G，5G的極限移動(dòng)寬帶、海量機(jī)器類通信、關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)的三項(xiàng)服務(wù)滿足人們對(duì)極高速率和萬物互聯(lián)的渴望。

4G擁有低時(shí)延、支持多種帶寬和頻帶利用率高等特點(diǎn)，而5G一方面在4G的基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，另一方面則是所以新的技術(shù)對(duì)系統(tǒng)能力進(jìn)行提高，5G可以說是包含演進(jìn)性和革命性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

四、5G的發(fā)展

5G以人為主要服務(wù)對(duì)象，延伸到人與物的全連接世界，被稱為“面向2020和未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)”。作為未來非常重要的移動(dòng)通信系統(tǒng)，5G有不少的提高和創(chuàng)新，以下是5G的10個(gè)重要核心點(diǎn)。

(一)現(xiàn)有無線接入技術(shù)的演進(jìn)：LTE將演進(jìn)至支持3D MIMO系統(tǒng)，WIFI技術(shù)將演進(jìn)至能更好地使用非授權(quán)頻譜資源，此外，還在研究將LTE用于非授權(quán)頻段，并將3G/4G/WIFI的收發(fā)器整合在一個(gè)基站單元。因此，可以預(yù)測未來能基于應(yīng)用的需求選擇所需要的無線接入網(wǎng)。

(二)高密度小小區(qū)的部署：研究表明，增加小小區(qū)數(shù)量可提升網(wǎng)絡(luò)容量。這一技術(shù)基本解決了千倍容量的挑戰(zhàn)。

(三)自組織網(wǎng)絡(luò)：目前80%的流量是產(chǎn)生在室內(nèi)，需要在家里部署小小區(qū)，所以小小區(qū)的維護(hù)需要用戶完成。

(四)機(jī)器類通信：愛立信稱，在未來，將有500億臺(tái)設(shè)備需要連接，并且需要實(shí)時(shí)和遠(yuǎn)程的監(jiān)控，龐大的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理。

(五)發(fā)展毫米波的無線接入技術(shù)：現(xiàn)有的無線接入技術(shù)已經(jīng)漸漸接近了香農(nóng)容量極限，而毫米波在60GHz頻段就有9GHz的非授權(quán)頻譜，大大地提高頻譜帶寬和傳輸速率。但毫米波穿透性較差，不適合室內(nèi)用戶使用。

(六)重新設(shè)計(jì)回傳鏈路：小小區(qū)的增加使回傳鏈路難以應(yīng)對(duì)用戶流量，使用不同通信媒介可以解決，尤其是可以使用窄波束天線陣的毫米波鏈路。

(七)能量效率：溫室效應(yīng)和終端電力消耗等是全世界關(guān)注的重點(diǎn)，高能量效率的設(shè)計(jì)可以為運(yùn)營商和用戶帶來雙贏。

(八)為5G分配新的頻譜資源：千倍的 容量增長通過頻譜效率的提升或小小區(qū)增加很難完全解決，所以除技術(shù)革新外，還需要新的頻譜。

(九)頻譜共享：頻譜資源是有限的，并且新頻譜分配難以協(xié)調(diào)，因此，高通公司提出了授權(quán)共享接入模式，共享頻譜資源以支持更多的用戶。

(十)無線接入網(wǎng)虛擬化：網(wǎng)絡(luò)虛擬化從有線的核心網(wǎng)向無線的接入網(wǎng)推進(jìn)，有利于聚合有線和無線網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)效率，提升用戶的使用質(zhì)量。

五、5G的應(yīng)用

5G的到來提供了進(jìn)入工業(yè)革命第四階段的途徑，使人與萬物互聯(lián)，關(guān)鍵MTC和海量機(jī)器連接，讓移動(dòng)和安全成為網(wǎng)絡(luò)功能?，F(xiàn)代移動(dòng)通信由此向前邁進(jìn)了一大步。從5G的發(fā)展來看，5G可以應(yīng)用在以下幾個(gè)領(lǐng)域：

(一)無人駕駛的汽車、輪船等

(二)速度堪比飛機(jī)的列車

(三)可快速緊急通信的應(yīng)急通信

(四)減少人工的自動(dòng)化工廠

(五)遠(yuǎn)程會(huì)議、會(huì)診等

(六)多樣化購物

(七)智能網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控

(八)全息網(wǎng)游、影視的虛擬現(xiàn)實(shí)

(九)電腦可隨時(shí)隨地?zé)o線連接

(十)機(jī)器與人關(guān)聯(lián)的智能生活

六、總結(jié)

當(dāng)今世界，移動(dòng)業(yè)務(wù)越來越普及，用戶需求多樣化，只有不斷的提高、創(chuàng)造、創(chuàng)新，才能滿足用戶越來越多的要求。5G的到來離不開1G到4G的不斷發(fā)展，它是移動(dòng)通信的演進(jìn)與創(chuàng)新。在信息化的今天，5G的發(fā)展勢必成為主流，它將與全球網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，對(duì)教育、軍事、科技等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，5G的發(fā)展和關(guān)鍵MTC的應(yīng)用將使我們的生活發(fā)生翻天覆地的變化。