5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

張家齊 石家莊市第二十五中學(xué)1605班

1、5 G移動(dòng)通信現(xiàn)狀探析

1.1 移動(dòng)通信發(fā)展歷程

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)誕生于美國(guó)芝加哥，采用模擬信號(hào)傳輸技術(shù)，其解決了不同地域間語音通話的問題，但由于信號(hào)不穩(wěn)定、語音通話質(zhì)量差等，致使第二代迅速發(fā)展。第二代移動(dòng)通信技術(shù)改用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，提高了語音通話質(zhì)量，使得移動(dòng)用戶數(shù)量超過十億。第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)以CDMA為核心技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)寬帶多媒體通信為目標(biāo)。第四代移動(dòng)通信則是第三代的深化。前兩代的特點(diǎn)是解決了語音通話的問題，而三四代最大的特點(diǎn)則是移動(dòng)終端智能化。未來的第五代將選用更高頻段的頻譜及采用高密度無線網(wǎng)絡(luò)(high density wireless network)、大規(guī)模MIMO的無線傳輸?shù)燃夹g(shù)，其目的是解決網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不穩(wěn)定等問題。在數(shù)字信息時(shí)代下，第五代移動(dòng)通信的發(fā)展將為智能家居、自動(dòng)駕駛，智能工業(yè)等提供移動(dòng)通信支持，從而推進(jìn)全球信息化發(fā)展。

1.2 5G移動(dòng)通信面臨的難題

世界各國(guó)爭(zhēng)先恐后研究第五代移動(dòng)通信技術(shù)唯恐落后于其他國(guó)家，中國(guó)也不例外。雖目前我國(guó)5G移動(dòng)通信技術(shù)取得不錯(cuò)的研究成果，但是仍然面臨許多技術(shù)難題。

1.2.1 5G移動(dòng)通信難題1：設(shè)備研制

移動(dòng)通信設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫嬗兄e足輕重的作用。第三代移動(dòng)通信的頻率和頻段：TDD(TD-SCDMA)1800MHz-1900MH和2010MHz-2025MHz屬于特高頻段（UHF）,而其波段則屬于分米波段；第四代移動(dòng)通信頻率和頻段：1800-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz，其相比較于第三代頻率和頻段都有所增加，但是據(jù)V15.0.0版TS38.104規(guī)范稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)頻率范圍分別定義為不同的FR（即FR1和FR2），F(xiàn)R1頻率范圍：450MHz - 6000MHz即是通常所講的5GSub-6GHz頻段；FR2頻率范圍：24250MHz - 52600MHz即是5G毫米波段。隨著頻率與頻段的增加，對(duì)通信設(shè)備的要求也越來越高，目前國(guó)內(nèi)適應(yīng)在這個(gè)頻段的設(shè)備少之甚少，而研制適應(yīng)5G通信設(shè)備的技術(shù)絕大部分被國(guó)外封鎖。因此我國(guó)科研人員面臨通信設(shè)備研制的困難，造成第五代移動(dòng)通信發(fā)展受阻。

1.2.2 5G移動(dòng)通信難題2：蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)

蜂窩通信采用蜂窩無線組網(wǎng)的方式，在終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過無線通道相連接，為移動(dòng)用戶提供了便捷高效的無線網(wǎng)絡(luò)。從2G無線網(wǎng)絡(luò)到GSM網(wǎng)絡(luò)再到WCDMA網(wǎng)絡(luò)蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在減小鄰頻與同頻的干擾、無線參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化、信道的分配等等。在5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中應(yīng)重視蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)通信過程中產(chǎn)生的一系列問題，力求通過優(yōu)化更新等措施，徹底解決蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。

1.2.3 5G移動(dòng)通信難題3：互聯(lián)網(wǎng)安全

第五代移動(dòng)通信，作為新的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其互聯(lián)網(wǎng)的安全性是一個(gè)值得深思的問題。新互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的異構(gòu)融合、信道租用等都可能引發(fā)安全問題。異構(gòu)融合產(chǎn)生的安全問題是因?yàn)槊總€(gè)需融合的信息都要跨過安全域到METIS 5G框架下的融合平臺(tái)，在此過程中可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)安全問題；信道租用的作用是提高優(yōu)良信道的利用效率并降低能耗，但是不安全信息可能因監(jiān)管不嚴(yán)格等因素通過信道進(jìn)一步傳播。因此在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中應(yīng)增強(qiáng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)信息的監(jiān)管力度，務(wù)實(shí)保證用戶信息安全。

1.2.4 5G移動(dòng)通信難題4：移動(dòng)終端升級(jí)研發(fā)

第五代移動(dòng)通信必是多種先進(jìn)技術(shù)的集成，從而使得5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的復(fù)雜性將大大提高且對(duì)移動(dòng)終端設(shè)備的需求也將增加。移動(dòng)終端首先應(yīng)在提高空間效率，增強(qiáng)待機(jī)時(shí)間、優(yōu)化射頻工藝等方面進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。其次在設(shè)備的科研方面，研發(fā)更加適應(yīng)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備器材以滿足5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正常高效的運(yùn)行。

1.3 5G移動(dòng)通信相關(guān)技術(shù)

每代通信都有各自的特點(diǎn)，在這些特點(diǎn)的背后是技術(shù)的支持。5G移動(dòng)通信正處在探索階段但像MIMO技術(shù)、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)對(duì)于5G通信的發(fā)展起促進(jìn)作用。

1.3.1 MIMO技術(shù)

MIMO通信是采用的是多發(fā)射和多接收相結(jié)合的技術(shù)。一個(gè)信號(hào)通過信號(hào)發(fā)射端(一個(gè)發(fā)射端口)可產(chǎn)生N條不同的路徑到達(dá)信號(hào)接收端，信號(hào)接收端收到的N個(gè)不同的信號(hào)經(jīng)過接收端解頻后可最大程度的顯示出發(fā)射端的發(fā)出的信號(hào)。MIMO技術(shù)相比單線傳輸，其可更好的減少傳輸過程中信號(hào)的衰減，于此同時(shí)大規(guī)模MIMO技術(shù)不僅抗干擾能力強(qiáng)還提高了信道的容量，從而提高了信道的傳輸效率。對(duì)于5G移動(dòng)通信而言，MIMO技術(shù)可以更好的促進(jìn)5G發(fā)展。

1.3.2 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)依靠于人工操作，使得投入成本大大增加。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是一種自治、多跳的網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)能夠在不能利用或者不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(如基站、AP)的情況下，提供終端之間的相互通信可最大限度減少人工參與。自治技術(shù)主要體現(xiàn)：移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中（例右側(cè)通信網(wǎng)絡(luò)圖片）即在任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)處輸入信號(hào)，可從任意輸出節(jié)點(diǎn)獲取信號(hào)。其中信號(hào)在傳遞過程均依靠于自組織網(wǎng)絡(luò)自己規(guī)劃相關(guān)信號(hào)通道。

1.4 5G移動(dòng)通信的優(yōu)勢(shì)

1.4.1 傳輸數(shù)據(jù)高效性

第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱5G)，其理論峰值速率每秒可達(dá)數(shù)十GB，此傳輸速率相比當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)（4G網(wǎng)絡(luò)的理論峰值速率上限50MB）快數(shù)百倍。例如：一部3D電影大小在20G-40G之間，其可在幾秒之內(nèi)下載完成，5G移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)減少了因傳輸而浪費(fèi)的時(shí)間。隨5G技術(shù)的誕生與發(fā)展，傳輸數(shù)據(jù)也將變得更高效，對(duì)于像自動(dòng)駕駛這一種類對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲要求非?？量痰男袠I(yè)也會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。

1.4.2 移動(dòng)性強(qiáng)

前兩代主要解決了不同地域間語音通話的問題，但移動(dòng)性能差即時(shí)不時(shí)出現(xiàn)信號(hào)弱，甚至無信號(hào)的現(xiàn)象。第三和第四代移動(dòng)通信則是滿足了人類的日常生活，使日常生活更加便利。但是信號(hào)弱甚至無信號(hào)的現(xiàn)象仍未解決。第五代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，通過運(yùn)用大量高科技技術(shù)使地球村任意兩地點(diǎn)之間的交流質(zhì)量得到加強(qiáng)，從而解決信號(hào)方面的問題。第五代移動(dòng)通信的移動(dòng)性能將會(huì)大大提高。

2、5G移動(dòng)通信發(fā)展前景

2.1 為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展奠定基礎(chǔ)

互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化改革促進(jìn)了一大批產(chǎn)業(yè)的更新，從互聯(lián)網(wǎng)中演變出的物聯(lián)網(wǎng)更加依靠于5G網(wǎng)絡(luò)。其原因之一：目前的4G移動(dòng)通信技術(shù)滿足不了多點(diǎn)接入的需求，且存在通信速率低，抗干擾性差的問題；原因之二：5G網(wǎng)絡(luò)具備更加強(qiáng)大的通訊和帶寬能力，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)高速穩(wěn)定、覆蓋面廣等需求。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)內(nèi)含智能家居、自動(dòng)駕駛、智慧醫(yī)療、智能工業(yè)、智慧城市等對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有更高的延遲要求即網(wǎng)絡(luò)延遲不能超過毫秒級(jí)別，否則可能出現(xiàn)安全事故，所以5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)為物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持，減少網(wǎng)絡(luò)延遲，從而保證物聯(lián)網(wǎng)快速穩(wěn)定的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)中每一項(xiàng)的發(fā)展都會(huì)給我們的日常生活帶來便利，方便我們的日常生活，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一架橋梁，5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)于把這座橋建的更寬。因此我相信在不久的未來，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)走進(jìn)我們的家庭。