5G技術(shù)演進(jìn)及其行業(yè)應(yīng)用前景

◆黃 峰

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5G技術(shù)演進(jìn)及其行業(yè)應(yīng)用前景

◆黃 峰

(中國(guó)電信股份有限公司廣州分公司 廣東 510620)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展速度也在逐漸加快。現(xiàn)階段下4G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了以前的3G通信技術(shù)，而在近幾年5G通信技術(shù)也開(kāi)始慢慢出現(xiàn)，且在預(yù)計(jì)在未來(lái)十年中會(huì)完全取代4G通信技術(shù)被人們所應(yīng)用?，F(xiàn)階段下，在5G移動(dòng)通信方面我國(guó)還尚處于初步研發(fā)階段，但是在其后續(xù)發(fā)展成熟后，其所占地位也是不可小覷的。本文就5G技術(shù)演進(jìn)及其行業(yè)應(yīng)用前景做了簡(jiǎn)單的探究分析，望為后續(xù)工作人員提供一些建議。

5G技術(shù)演進(jìn)；應(yīng)用前景；探究分析

0 引言

隨著我國(guó)信息技術(shù)發(fā)展速度逐漸加快，我國(guó)無(wú)線移動(dòng)通信數(shù)據(jù)流量也在呈翻倍增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)至2020，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到五百億臺(tái)?，F(xiàn)階段下，新型智能業(yè)務(wù)種類越來(lái)越多，所以急切需要一個(gè)更高效、更快速的無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)來(lái)滿足當(dāng)前需求，因此，在4G廣泛應(yīng)用時(shí)，5G的研發(fā)也已經(jīng)悄然開(kāi)始。

1 5G技術(shù)通信技術(shù)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)階段下，各個(gè)運(yùn)營(yíng)商以及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)正在對(duì)5G無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行探究分析。與4G技術(shù)相比，5G無(wú)線通信技術(shù)占有明顯優(yōu)勢(shì)，比如：數(shù)據(jù)傳輸速度較快、效率較高、兼容性較強(qiáng)、場(chǎng)地限制因素較小及無(wú)線覆蓋能力較強(qiáng)等等。其中數(shù)據(jù)傳輸速度較快使其最為明顯的優(yōu)勢(shì)，與4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比，5G無(wú)線通信技術(shù)的傳播速度可以快其一倍，甚至更快[1]。如圖1，從移動(dòng)通信發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，其傳輸速度已經(jīng)明顯加快，但是在實(shí)際傳輸過(guò)程中影響其傳輸?shù)囊蛩厝杂泻芏?。?G、3G網(wǎng)絡(luò)通信中其信號(hào)穿透力較差，一些微小的障礙物都會(huì)對(duì)其傳輸速度造成影響，使得用戶體驗(yàn)感覺(jué)較差；除此之外，發(fā)射器自身質(zhì)量與其所在周圍環(huán)境對(duì)信號(hào)質(zhì)量也有著較大影響。現(xiàn)階段下，兼容性問(wèn)題是阻礙互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的主要問(wèn)題，特別是在5G無(wú)線通信技術(shù)中尤為明顯。其實(shí)從根本來(lái)看，5G無(wú)線信號(hào)有著較強(qiáng)的穿透力，且對(duì)相關(guān)設(shè)備的要求相對(duì)較低、兼容性較強(qiáng)，且周圍因素對(duì)其干擾程度較低。

圖1 通信發(fā)展歷程

2 5G技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)階段下，很多知名通信企業(yè)及相關(guān)機(jī)構(gòu)，就5G無(wú)線通信技術(shù)分別提出了多種方案及設(shè)計(jì)思路。在本次研究中，對(duì)多種無(wú)線通信技術(shù)的方案及其思路進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)其中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探究分析。

2.1 多天線傳輸技術(shù)

多天線傳輸技術(shù)對(duì)提高頻率利用率及保證傳輸穩(wěn)定性有明顯積極作用，近些年大規(guī)模無(wú)線陣列及MIMO等多種通信技術(shù)被提出。大規(guī)模無(wú)線陣列技術(shù)可以對(duì)空間維度資源實(shí)施進(jìn)一步的挖掘，然后通過(guò)空分多址技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)同一視頻資源上可以服務(wù)多個(gè)用戶的最初目的；為了加大各個(gè)小區(qū)的容量及承擔(dān)更快的數(shù)據(jù)下載速度，對(duì)MIMO天線中的多種功能進(jìn)行了更好優(yōu)化[2]。在未來(lái)的5G無(wú)線通信技術(shù)中為了更好地達(dá)到MIMO在各個(gè)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)基站的部署，可以選用有源天線技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到3D波束賦形的目的，為了使系統(tǒng)空間更加自由化，在5G無(wú)線通信技術(shù)中，其天線設(shè)計(jì)選用了軍用相控陣?yán)走_(dá)的方法，而3D波束成型技術(shù)可以更好地為5G通信技術(shù)將空間區(qū)域粒度細(xì)致化，進(jìn)而提升更多用戶使用多天線傳輸技術(shù)用戶體驗(yàn)。

2.2 高頻傳輸技術(shù)

現(xiàn)階段下，低頻段資源較為有限，使得通信技術(shù)往往達(dá)不到大眾需求。5G無(wú)線通信技術(shù)在使用過(guò)程中，對(duì)帶寬要求較高，為了更好地發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)，可以將射頻器件進(jìn)行有效調(diào)整，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)高頻段拓展目標(biāo)。由于該頻段頻譜較為特殊，其包括多種資源以及連續(xù)性大帶寬，可以滿足一些距離較短但傳輸速度要求較高的通信需求[3]。在此過(guò)程中，大多數(shù)電磁波都是直徑傳輸，性能相對(duì)較低，應(yīng)用起來(lái)難度較大。

2.3 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量呈逐年遞增狀態(tài)，因此在部署密集型小區(qū)建設(shè)過(guò)程中應(yīng)與5G通信互相結(jié)合。將低功率節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中，可有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)信號(hào)、擴(kuò)大熱點(diǎn)覆蓋區(qū)域，進(jìn)而更好地加大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量。隨著小區(qū)建設(shè)密度的不斷增加，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)更為繁雜，進(jìn)而加大信號(hào)干擾問(wèn)題的出現(xiàn)幾率。因此應(yīng)加大對(duì)密集型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究分析力度，更好地保障網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的靈活性及防干擾性，進(jìn)而更好地滿足不同用戶的多種需求，擴(kuò)大5G技術(shù)應(yīng)用范圍。

2.4 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中除了包括現(xiàn)有的多種無(wú)線接入技術(shù)的優(yōu)化還有一些新型的無(wú)線傳輸技術(shù)，比如3G、4G、5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等多種形式，構(gòu)成一個(gè)完整的、融合性較好的綜合網(wǎng)絡(luò)。所以，在以后5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)程中勢(shì)必會(huì)形成一個(gè)由蜂窩數(shù)據(jù)流量及wifi相結(jié)合的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效業(yè)務(wù)分流。隨著移動(dòng)通信用戶量逐漸增多，網(wǎng)絡(luò)基站的業(yè)務(wù)量也在逐漸增加，其計(jì)算壓力也越來(lái)越大，為了有效減少網(wǎng)絡(luò)總站承受壓力，新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，并已經(jīng)逐漸開(kāi)始應(yīng)用。

5G移動(dòng)通信標(biāo)志性的核心技術(shù)表現(xiàn)在超高效能的無(wú)線傳輸技術(shù)與高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上。在大規(guī)模MIMO的無(wú)線傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上有可能會(huì)使用頻譜效率與功率效率，并且在4G的基礎(chǔ)上再加一個(gè)量級(jí)。而且全雙工技術(shù)將會(huì)開(kāi)拓新的移動(dòng)通信頻譜利用的新局面。超密集網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)受到了業(yè)界人士的關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和千擾管理也會(huì)提升高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量。

圖2 5G核心網(wǎng)絡(luò)圖

3 5G技術(shù)面臨難點(diǎn)

現(xiàn)階段下，要想真正滿足社會(huì)對(duì)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求，5G網(wǎng)絡(luò)面臨頻率、技術(shù)以及運(yùn)作方面的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段下，在技術(shù)上存在以下幾種問(wèn)題。

3.1 技術(shù)與系統(tǒng)融合問(wèn)題

隨著相關(guān)科技的不斷發(fā)展，芯片技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，智能終端的發(fā)展速度也在逐漸加快，無(wú)線移動(dòng)通信業(yè)務(wù)與相關(guān)技術(shù)也在進(jìn)行不斷的融合與拓展。在未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)中，其具備多種業(yè)務(wù)、多種技術(shù)等明顯有限，是一個(gè)層次較多、覆蓋面積較廣的通信系統(tǒng)[4]。要將各種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)以及各個(gè)層次所覆蓋的系統(tǒng)進(jìn)行綜合融合并對(duì)其進(jìn)行高效利用，然而就現(xiàn)階段下的技術(shù)來(lái)說(shuō)，其中仍存在多種問(wèn)題亟待解決。

3.2 頻譜效率及容量問(wèn)題

數(shù)據(jù)流量大、用戶規(guī)模大、不間斷性在線是5G網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)，然而要想真正實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)就必須要研發(fā)擴(kuò)展頻率、提升空間效率、提升站點(diǎn)密度等多種相關(guān)通信技術(shù)。比如，多天線技術(shù)、多址技術(shù)、超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)階段下最新的通信技術(shù)，將成為成就5G通信技術(shù)的主要技術(shù)，也將成為未來(lái)5G技術(shù)發(fā)展的主要方向。應(yīng)用新型傳輸技術(shù)及優(yōu)化組網(wǎng)方式，會(huì)增加設(shè)備之間繁雜程度及研究成本，對(duì)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)及后續(xù)維護(hù)提出了更高要求。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)靈活性問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)及傳統(tǒng)電信網(wǎng)為基礎(chǔ)的信息載體，其可以將一些相對(duì)獨(dú)立的普通物理對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性，將所有存在的物體進(jìn)行互相聯(lián)系是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本目標(biāo)，在未來(lái)5G技術(shù)發(fā)展過(guò)程中將與物聯(lián)網(wǎng)相互作用，更好地為人們提供一些科技服務(wù)。但是現(xiàn)階段下，物聯(lián)網(wǎng)面臨著傳輸瓶頸、系統(tǒng)容量等問(wèn)題。隨著后續(xù)5G用戶逐漸增多，其應(yīng)用范圍也逐漸增加，同時(shí)業(yè)務(wù)靈活性也會(huì)有明顯提升。在信息速率方面，5G除了要滿足長(zhǎng)時(shí)間甚至一段時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)的一些小數(shù)據(jù)包的抄表業(yè)務(wù)，還要滿足3D全面實(shí)時(shí)會(huì)議寬帶業(yè)務(wù)。在延遲方面，既要滿足對(duì)延遲不敏感，還要滿足延遲5ms以下的實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)。在應(yīng)用方面，除了要滿足靜止和低速狀態(tài)下的需求，還要滿足一些飛機(jī)、高鐵等超高速的應(yīng)用。所以，要想制定一個(gè)統(tǒng)一、規(guī)范的通信協(xié)議，達(dá)到業(yè)務(wù)靈活需求，還面臨較多問(wèn)題。

3.4 網(wǎng)絡(luò)能耗、成本問(wèn)題

供應(yīng)千倍數(shù)據(jù)流量的同時(shí)，還要保持現(xiàn)下的運(yùn)行成本及用戶成本是5G移動(dòng)信息技術(shù)的目標(biāo)。而此目標(biāo)就表明在供應(yīng)流量的同時(shí)，其總體能耗不可進(jìn)行大幅度增加。所以，5G移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)的終端能耗效率就要提升千倍，同時(shí)還要有效降低比特開(kāi)銷千倍，這對(duì)與空間傳輸、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等多種技術(shù)都提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

4 5G通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展前景

現(xiàn)下，4G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)普及，與3G移動(dòng)通信技術(shù)相比，4G的帶寬較高，同時(shí)還能發(fā)送及接受一些質(zhì)量較高的視頻及圖片。除此之外，4G移動(dòng)通信技術(shù)的下載速度要比撥號(hào)上網(wǎng)快上幾千倍左右，同時(shí)其上傳速度也可以達(dá)到30~50MMbps左右，一般情況下可以滿足大部分用戶對(duì)于無(wú)線需求。與之前的3G、4G相比，5G容量較大且傳輸速度較快，同時(shí)還可以在多個(gè)設(shè)備上同時(shí)使用。使用智能手機(jī)或者其他可以穿戴的設(shè)備或者智慧物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備[5]。除此之外，5G還可以有效擴(kuò)寬其連續(xù)覆蓋面積，同時(shí)還可以支持較高的移動(dòng)速率，使得萬(wàn)物之間都可互相關(guān)聯(lián)。除此之外，與4G移動(dòng)通信技術(shù)相比，5G技術(shù)是其整體容量的千倍左右；現(xiàn)階段下，我們所應(yīng)用的4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要是針對(duì)智能手機(jī)所研發(fā)的，并沒(méi)有針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的某些需求進(jìn)行優(yōu)先完善，與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)使用設(shè)備范圍在其數(shù)十倍左右，且在運(yùn)行過(guò)程中耗能量較低；此外，4G不可以在手機(jī)上玩一些實(shí)時(shí)在線游戲，但是5G網(wǎng)絡(luò)卻可以實(shí)現(xiàn)。5G通信技術(shù)的應(yīng)用會(huì)將人類帶入一個(gè)高速率、低消耗、大連接的全新革命體系，而非單純的速率提升。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)業(yè)務(wù)及管理都會(huì)發(fā)生一些本質(zhì)變化，且移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)也會(huì)隨之改變。5G無(wú)線通信技術(shù)具有明顯發(fā)展優(yōu)勢(shì)，可以更好地滿足后續(xù)社會(huì)群眾日常需求，為其日常工作提供一定便利。我國(guó)就5G通信行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)提出了明確規(guī)劃，不管是站在業(yè)務(wù)支持方面還是其余方面，都要明確其未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，除此之外，還要在其過(guò)程中將應(yīng)用射頻等無(wú)線技術(shù)。為了更好地提升用戶感受，還可以動(dòng)態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)對(duì)通信系統(tǒng)資源進(jìn)行科學(xué)分配。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)大眾對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的需求也在逐年增加。5G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)不僅滿足了當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展需求，同時(shí)相比4G移動(dòng)通信技術(shù)，其覆蓋面積、整體性能、系統(tǒng)安全、用戶自身體驗(yàn)等多個(gè)方面都有明顯優(yōu)化。在未來(lái)5G研發(fā)過(guò)程中，其還會(huì)同時(shí)具備靈活性較高、自我調(diào)節(jié)、自我感知等多種智能化技能，進(jìn)而更好地滿足未來(lái)社會(huì)發(fā)展需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，會(huì)將通信行業(yè)的技術(shù)進(jìn)行又一次的創(chuàng)新，依據(jù)當(dāng)前我國(guó)運(yùn)營(yíng)商收入的整體配比來(lái)看，大部分都是來(lái)自于語(yǔ)音、SMS服務(wù)方面，而高速數(shù)據(jù)服務(wù)現(xiàn)在尚處于一個(gè)剛剛開(kāi)始的萌芽期，而通信技術(shù)逐漸向商業(yè)化轉(zhuǎn)型對(duì)運(yùn)行商支出與收入不均衡的情況也有明顯積極作用。但是隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)民對(duì)通信技術(shù)的要求也在逐漸提高，因此相關(guān)工作人員應(yīng)加大對(duì)5G的探究及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)注力度。在其發(fā)展過(guò)程中，可有效推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，更好地實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)一體化。

[1]張躍飛.對(duì)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)5G標(biāo)準(zhǔn)化展望與關(guān)鍵技術(shù)的探討[J].數(shù)字通信世界，2017.

[2]李棟梁，王穎喜.我國(guó)5G移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].通訊世界，2017.

[3]凌敏.5G移動(dòng)通信技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)的分析與探討[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2017.

[4]邢天倫.5G移動(dòng)通信技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)的分析與探討[J].中國(guó)新通信，2017.

[5]徐鵬，郭鴻.對(duì)新時(shí)期5G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與應(yīng)用分析[J].通訊世界，2017.