5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)

張禮

摘要：將來在通訊領(lǐng)域這一塊，5G移動(dòng)通信技術(shù)肯定獨(dú)占鰲頭，風(fēng)靡全球，雖然現(xiàn)在還沒普及，但是可以預(yù)計(jì)在2020年，它將以一種全新的技術(shù)推廣并應(yīng)用，不管怎么說目前它將成為我們?cè)谕ㄐ蓬I(lǐng)域的主要研究方向。本文對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行了研究，結(jié)合大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，分析了5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：4G；5G；窄帶物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）17-0083-02

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

從信息及通信技術(shù)演進(jìn)的軌跡分析來看，它是第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它也將成為下一代行動(dòng)通訊系統(tǒng)，也是4G之后的延伸產(chǎn)物。

1.1 5G技術(shù)的基本特點(diǎn)

從4G到5G的演進(jìn)，其相關(guān)通訊技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

頻譜使用率高：作為在使用率相當(dāng)高的頻譜資源，當(dāng)前的科技水平高頻電波利用率條件下的相對(duì)較低，滲透性差，有使用上的諸多限制，和速率增加的頻譜的未來使用，輕載和無線網(wǎng)絡(luò)，5G技術(shù)帶來了廣闊的應(yīng)用的前景，促使了有線和無線寬帶技術(shù)的高速發(fā)展，也讓業(yè)務(wù)形成一體化。5G也具備更大的容量，更快的處理速度，并在可移動(dòng)設(shè)備中延伸出更多的全新的服務(wù)。

5G系統(tǒng)具備的應(yīng)用性能：5G移動(dòng)通訊技術(shù)將多點(diǎn)、多天線、多用戶、多社區(qū)合作和互助網(wǎng)絡(luò)為重點(diǎn)，提高通信系統(tǒng)的性能，室內(nèi)通信業(yè)務(wù)主要是商務(wù)交際、5G移動(dòng)通信系統(tǒng)室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能和業(yè)務(wù)支持?jǐn)U寬地區(qū)的移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋范圍。

雙向信號(hào)傳輸：由于5g無線速度的優(yōu)點(diǎn)，促使人類發(fā)展了更先進(jìn)的通訊技術(shù)。雙向的無線電傳導(dǎo)，可移動(dòng)的設(shè)備發(fā)出的信息將被轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)和傳輸電子信號(hào)，先傳輸?shù)浇K端用戶的最近的無線電子信號(hào)塔，然后輻射出反射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)呼叫連接。

低功耗、低成本：將來開發(fā)的重點(diǎn)將是無線網(wǎng)絡(luò)的軟配置設(shè)計(jì)。運(yùn)營商可以根據(jù)業(yè)務(wù)流量的變化及時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)低能耗、低成本。

1.2 5 G移動(dòng)通信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)

由于2G/3G/4G的高速發(fā)展，為我們發(fā)展和開發(fā)5G技術(shù)打下了牢固的基礎(chǔ)，具體技術(shù)主要如下。

高頻傳輸技術(shù)：我們逐漸積累了大量的終端客戶，造成頻帶資源顯得愈來愈短缺的資源，高頻的傳輸能夠提高頻譜資源的利用效率，在3GHz頻段的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，假若頻率頻帶寬度伸展到273.5GHz，這不僅是許多小的通信設(shè)備的大小，還可以實(shí)現(xiàn)信息的短距離高速傳輸，滿足用戶的容量、速度和其他方面的要求。

多天線傳輸技術(shù)：多天線傳輸技術(shù)：成為我們研究5G領(lǐng)域最重要的也不可或缺的技術(shù)。它能完全提高頻譜利用率到10倍以上，從而實(shí)現(xiàn)二維到三維、無源到有源、高階多重輸入與多重輸出到一系列陣列的轉(zhuǎn)換。

同時(shí)同頻全雙工技術(shù)可以在相同的物理信道上雙向傳輸信號(hào)，所以同頻全雙工技術(shù)被認(rèn)為一項(xiàng)有效提高頻譜效率的技術(shù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方向信號(hào)在同一物理信道上的傳輸，即在雙工節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)處消除發(fā)射機(jī)信號(hào)的干擾，并在發(fā)射機(jī)信號(hào)處同時(shí)從另一節(jié)點(diǎn)接收相同頻率的信號(hào)。這樣可以有效提高頻譜效率，使移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)靈活、穩(wěn)定。

設(shè)備間直接通信技術(shù)：在5G計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備兩者之間的直接通訊，客戶規(guī)模、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)流量將大幅度倍增，傳統(tǒng)的基站電子網(wǎng)絡(luò)模型為中心，分明早已無法滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，技術(shù)和設(shè)備兩者之間的直接通信能夠做到在沒有基站的情況下有效率地工作，并開放存取網(wǎng)絡(luò)連接。

密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)： 5g是一個(gè)綜合智能全方面型網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)流量相當(dāng)于1000個(gè)4g，但在技術(shù)上要達(dá)到兩種技術(shù)：一是在宏基站安排大型天線，二是安排密集的網(wǎng)絡(luò)，目的在于獲得室外空間收益和滿足室內(nèi)室外的需求。今后，我們只有在多大數(shù)百個(gè)扇形區(qū)域部署更為密集的網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)更為寬帶化的目標(biāo)。

建立全新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)： 未來我們主要研究方向放在C - RAN和云架構(gòu)上，以便5G具有低延遲、低成本和平坦性等特點(diǎn)，只為滿足未來更多用戶的需求。

智能化技術(shù)：5G中央網(wǎng)絡(luò)是在一個(gè)大的服務(wù)器組成的云計(jì)算平臺(tái)，路由器和基站之間互相切換。通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)鏈路，還有智能的自動(dòng)切換模式，無論企業(yè)選擇什么頻率，怎樣連接天線，只要他們把網(wǎng)絡(luò)需要處理的數(shù)據(jù)提交到云計(jì)算機(jī)中心，都能得到完好的結(jié)果。所以在不久的將來，智能技術(shù)是我們實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。

1.3 5G技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

在2020年，5G將在全球完全商業(yè)化。例如中國而言，將經(jīng)歷3個(gè)階段：一，當(dāng)然目前我們?cè)谶@方面的技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)已經(jīng)完成；二，我國的技術(shù)核查方案也已經(jīng)啟動(dòng)了，并且完成了；三，5G網(wǎng)絡(luò)和基站建設(shè)也預(yù)計(jì)在今年底完成。其中主要投資于主要設(shè)備及支撐網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)，以及發(fā)射塔、主要設(shè)備的投資和建設(shè)轉(zhuǎn)移到射頻裝置、光模塊、基站天線等。

同時(shí)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，像一些其他挑戰(zhàn)接踵而來，如新業(yè)務(wù)、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，用戶的安全和隱私，這些都是我們需要解決的難題。當(dāng)然信息安全通信安全機(jī)制不僅是5G首要滿足的，我們還需要根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，好為它們提供不同形式的安全服務(wù)，以便它們能夠適應(yīng)多樣化的網(wǎng)絡(luò)接入方式和新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，個(gè)人隱私安全保障，支持開放的操作環(huán)境的能力，未來的5G安全將呈現(xiàn)不同的場(chǎng)景，并提供了一個(gè)基于各種接入方式和新式的電子網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和有把握的全方位。

5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)將主要展現(xiàn)在如下3個(gè)層面。

首先，一切都是相互關(guān)聯(lián)的：從4G開始，智能家居產(chǎn)業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)，但僅在智能生活的初級(jí)階段，4G還不足以支持一切事物的互聯(lián)互通，與現(xiàn)實(shí)中的一切都有很大的互聯(lián)互通，而5G將為一切事物的互聯(lián)互通提供必要的條件。

未來幾年，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，應(yīng)用之間有著密切的關(guān)系，由于目前的網(wǎng)絡(luò)條件，很多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求無法得到滿足，主要原因有兩個(gè)：一方面是面臨著大規(guī)模的網(wǎng)際網(wǎng)連接，由于規(guī)模大，所以平攤在每個(gè)數(shù)據(jù)終端的流量低，就造成設(shè)備成本低，自然功耗水平相對(duì)較低；另一方面是互聯(lián)網(wǎng)連接的關(guān)鍵任務(wù)，我們都知道網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性、高可用性、高帶寬和低延遲的特點(diǎn)。旨在提供更快的速率、更短的遲延、更大的規(guī)模和更低的功耗的5G將可以最大限度滿足物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求，以便做到交通領(lǐng)域?qū)π虑闆r的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化，加快網(wǎng)絡(luò)化登陸和廣泛應(yīng)用，事實(shí)上，剛處于發(fā)展階段的5G，其必在各組織間產(chǎn)生共識(shí)：而5G應(yīng)用的最重要場(chǎng)景位于物聯(lián)網(wǎng)，這也是它第一個(gè)部署和登陸的場(chǎng)景，但我們也必須考慮的物聯(lián)網(wǎng)的特殊需求這個(gè)關(guān)鍵因素。

其次是生活的云端化：如果5G年代抵達(dá)，4K視頻乃至8K視頻都足以流利地實(shí)時(shí)回放；我們也能更好地利用云技術(shù)，生活、工作、文娛都會(huì)有云的影子；與此同時(shí)，高速網(wǎng)絡(luò)也暗示硬盤將被云盤禁止；無論何時(shí)何地，只要有可能，我們都將把文件上傳到云端上。

而云端化將勢(shì)必產(chǎn)生兩種趨勢(shì)：從邊緣（即移動(dòng)邊緣計(jì)算）再到移動(dòng)設(shè)備云的中心，高速的發(fā)展，用戶數(shù)量的增加，將給數(shù)據(jù)處理中心帶來巨大的壓力。當(dāng)然壓力也在促使著我們改進(jìn)和提高，為了使網(wǎng)絡(luò)速度變得更快更快，且提高客戶的智能需求和增強(qiáng)個(gè)性化體驗(yàn)，因此，我們只有開放無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)信息和大量普及社交網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。與此同時(shí)，移動(dòng)設(shè)備也將提供剩余容量的資源，這些資源將構(gòu)成虛擬的資源池，即移動(dòng)設(shè)備的云端化。

最后一方面是智能交互：人工智能將與能產(chǎn)生數(shù)據(jù)交換的無人駕駛汽車發(fā)生相互聯(lián)系，但這涉及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的吞吐量和效率。因?yàn)槲覀円ＷC時(shí)間的準(zhǔn)確性，像無人駕駛汽車、遠(yuǎn)程醫(yī)療等先進(jìn)服務(wù)，所以哪怕只有很小很小，甚至1毫秒的時(shí)間。最終結(jié)果就是網(wǎng)絡(luò)速度超級(jí)快將成為現(xiàn)實(shí)，而5G網(wǎng)絡(luò)也將支持虛擬生活、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲、智能城市應(yīng)用的發(fā)展，而這只是未來生活中的一點(diǎn)點(diǎn)變化而已。以后不僅手機(jī)和電腦可以連接到互聯(lián)網(wǎng)、家電、門鎖、監(jiān)控?cái)z像頭、汽車、可穿戴設(shè)備，甚至寵物項(xiàng)圈也可以連接到互聯(lián)網(wǎng)。想象一些場(chǎng)景：一旦一個(gè)寵物的項(xiàng)圈連接到互聯(lián)網(wǎng)，一旦失去了發(fā)現(xiàn)它很容易；冰箱網(wǎng)絡(luò)，可以及時(shí)提醒業(yè)主缺乏牛奶今天；后樓、橋梁和道路網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)時(shí)地對(duì)建筑質(zhì)量的監(jiān)控，提前崩潰風(fēng)險(xiǎn)防范；企業(yè)和政府可以監(jiān)控交通擁堵、污染水平和實(shí)時(shí)停車需求，發(fā)送信息的人實(shí)時(shí)的智能手機(jī)；患者生命體征數(shù)據(jù)可以記錄和監(jiān)測(cè)，讓醫(yī)生更好地理解因果關(guān)系的生活方式和健康狀況。

2 由我國提出的建議，促使5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展

國際電信聯(lián)盟（ ITU ）已經(jīng)完成了5G愿景研究，預(yù)計(jì)到2020年標(biāo)準(zhǔn)完成，其中第一階段將于2018年9月凍結(jié)R15，第二階段將于2020年3月凍結(jié)R16，5G將解決不同應(yīng)用場(chǎng)景的疏離性能差異帶來的挑戰(zhàn)，不同用戶體驗(yàn)率、流量密度、時(shí)延、能效和連接數(shù)等面臨的性能挑戰(zhàn)很可能成為不同場(chǎng)景的挑戰(zhàn)性指標(biāo)。5G技術(shù)的研究與開發(fā)在我國試驗(yàn)分為3個(gè)階段：第一階段是2016年9月以前，單點(diǎn)技術(shù)原型的功能和性能測(cè)試；2017上半年的第二階段，根據(jù)不同廠家的技術(shù)方案，基于一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的頻率，單基站可進(jìn)行測(cè)試和無線接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)技術(shù)的功能、性能和測(cè)試過程；2017至2018年10月，下半年為第三階段，集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的功能和性能測(cè)試，進(jìn)行5g系統(tǒng)。2016年11月，國際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織的3GPP最后明確了應(yīng)用于5gembb場(chǎng)景的信道編碼方案。另外，短碼的控制信道編碼方案采用了我國主要推廣的極坐標(biāo)碼。此外，中國移動(dòng)還成功引領(lǐng)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。5G技術(shù)將成為一種網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，可以提供低能耗、低延遲、高可靠性的組網(wǎng)應(yīng)用，如大規(guī)模連接、時(shí)速180公里以上的智能車，5G可以保護(hù)小汽車和卡車、小汽車和道路車輛等障礙物在延時(shí)1ms內(nèi)，安全、快速、穩(wěn)定。根據(jù)目前的市場(chǎng)形勢(shì)，中國已經(jīng)鼎力發(fā)展4G移動(dòng)通信技術(shù)，早已發(fā)展得非常成熟，已被廣泛使用，所以5G將成為以后移動(dòng)通信領(lǐng)域的發(fā)展方向，建立于5G和nb-iot標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，中國主要的對(duì)策和建議，引導(dǎo)5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展有兩個(gè)方面。首先，我國需要推進(jìn)全球標(biāo)準(zhǔn)并抓住機(jī)遇，極性碼會(huì)最終勝出，支持中國通信產(chǎn)業(yè)的崛起，國際地位顯著提高，已經(jīng)明顯改變了，與此同時(shí)，我國在通信領(lǐng)域永遠(yuǎn)都不能從全球主流中分離出來，從以前2G，3G，4G來看，就是如此。還有目前全球通信已達(dá)成共識(shí)，5G也制定了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國政府領(lǐng)導(dǎo)層也屢次重申，中國也將踴躍的奉獻(xiàn)出自己在通信領(lǐng)域的最新成果，只為促進(jìn)全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)而努力。其次，我國需要明確定位通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化的共生關(guān)系，共生與網(wǎng)絡(luò)化是我國未來通信技術(shù)發(fā)展的方向。

3 結(jié)語

全球化的5G技術(shù)意味著機(jī)遇和挑戰(zhàn)。從全球布局來看，任何國家或任何一個(gè)公司都不可能粉碎對(duì)手，形成單一優(yōu)勢(shì)。為了形成統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)，我們需要各方為最新的研發(fā)成果做出貢獻(xiàn)，我們應(yīng)該盡可能地團(tuán)結(jié)起來。必要時(shí)，我們必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮献骱屯讌f(xié)。展望未來，要想繼續(xù)引領(lǐng)5g領(lǐng)域尚未成功的革命，在這一領(lǐng)域，我國只有不斷地努力，不斷地提高創(chuàng)新能力，我國的信息通信行業(yè)才會(huì)持續(xù)的前進(jìn)。我覺得只有制定全球的5G標(biāo)準(zhǔn)，全球各國互相貢獻(xiàn)自己的創(chuàng)新成果，并一起引領(lǐng)5g移動(dòng)通信技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，才能促進(jìn)合作共贏。

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