新時期5G 無線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與應(yīng)用分析

賈 磊

（同信通信股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引 言

移動通信的發(fā)展從20世紀中期開始，當時的通信過程需要靠無線電波進行傳輸，需要通過人力在數(shù)據(jù)總機上進行轉(zhuǎn)接，為其接聽主叫方與被叫方，而無線電話由于體積的限制，可安裝的地點寥寥無幾。21世紀初，3G移動寬帶時代來臨，可以傳輸更多的數(shù)據(jù)資源，可以上網(wǎng)查閱收集資料，觀看視頻影音，用戶數(shù)量指數(shù)級增長。2011年起，4G技術(shù)在全國范圍內(nèi)普及，移動通信正式融入人們的生活，傳輸速度的提升提高了其功能性?，F(xiàn)在，5G技術(shù)已經(jīng)來臨，人們將迎來網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)新發(fā)展的大時代。

1 新時期5G無線通信技術(shù)出現(xiàn)的背景

5G系統(tǒng)的靈活性是當今時代發(fā)展的必要條件，也是經(jīng)濟、技術(shù)和社會飛速發(fā)展下的必然產(chǎn)物。現(xiàn)階段，5G移動通信已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的重點項目。據(jù)悉我國華為公司已經(jīng)掌握了較為完善的5G移動通信體系，并且應(yīng)用良好。5G系統(tǒng)基于未來設(shè)備設(shè)施的優(yōu)化以及相關(guān)技術(shù)的進步，能夠完善新的體系結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)全新的智能化新時代通信。

2 5G無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)概述

5G的面世在某種程度上奠定了數(shù)字化時代信息革命的高潮。作為新一代的移動通信網(wǎng)絡(luò)，其最大的優(yōu)勢就是傳輸質(zhì)量和傳輸速度顯著提升。5G的信息傳輸速度最高可達10 Gb/s，下載一部電影只需要短短數(shù)秒。5G網(wǎng)絡(luò)不局限應(yīng)用于智能手機和平板電腦，還包括智能手表、家庭電子設(shè)備等。

5G的原理是C=λV，即光速=波長×頻率[1]。傳統(tǒng)的有線通信被距離空間所限制，為了保證信息的傳輸速度和質(zhì)量，需應(yīng)對空氣中的傳播影響因素。5G信號的傳輸是應(yīng)用超高頻電磁波進行的，頻率越高速度越快，因此實現(xiàn)5G系統(tǒng)全面覆蓋開展商業(yè)化的相關(guān)技術(shù)理論成為現(xiàn)實。高頻的電磁波，頻率越高則波長越短，直線傳播過程中衰竭的程度也越大。實際上，日常生活的通信中廣泛存在遮擋物。如果使用5G網(wǎng)絡(luò)，那么為了覆蓋相應(yīng)范圍并提升通信質(zhì)量，就必須增加基站數(shù)量?，F(xiàn)實因素既促進了5G通信網(wǎng)絡(luò)的研究，又阻擋了其發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展仍存在許多困難和挑戰(zhàn)。要克服相關(guān)問題，必須以正確的方法、合理的姿態(tài)來面對眾多客觀限制條件，如資金成本、土地資源及收費方式等[2]。

3 5G無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究

5G無線通信技術(shù)的方案設(shè)計和核心技術(shù)研究都有不同領(lǐng)域的內(nèi)容設(shè)計，對于運行和設(shè)備方面都在不斷創(chuàng)新。

3.1 新型多天線傳輸通信技術(shù)

傳統(tǒng)手機由于通信技術(shù)的限制必須要在手機上安裝天線，而數(shù)據(jù)天線的“消失”，代表著通信技術(shù)的進步。通過隱藏在手機內(nèi)部的天線，可以了解到天線的長度與波長成正比例關(guān)系。由于高頻電磁波的應(yīng)用，波長的長度變短，導(dǎo)致天線變短。這就意味著原本存放天線的區(qū)域由于體積變小，可以適當?shù)卦黾訑?shù)量。覆蓋大范圍的基站也顯著增加了天線的數(shù)量。通過對天線進行改進，能夠有效提升容量、速度以及耐性。通過有效提升陣列增益及干擾抑制增益，使通信工作性能得到較大提升。5G發(fā)展過程中，天線技術(shù)不斷發(fā)展，能夠更好地滿足業(yè)務(wù)需求。此外，多數(shù)量、小范圍的微基站既增加了通信效果，又不會對人們的身體造成影響[3]。

3.2 高頻通信技術(shù)

未來5G通信技術(shù)應(yīng)用中，高頻傳輸作為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心，需要根據(jù)波長在實際傳輸過程中受到的影響進行完善。5G高頻傳輸通信技術(shù)主要是克服電磁波的輸出頻段以及損耗影響，保證傳輸性能。由于直線傳播損耗較多，且電磁波同光的傳播一樣是向四周發(fā)散的，所以高頻通信技術(shù)實則是將信息傳輸?shù)穆窂竭M行規(guī)劃，將四周發(fā)散的電磁波進行集中傳輸。通過波束賦形的階段，通過對射頻信號的相位控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向所提供服務(wù)的手機，而且能根據(jù)手機的移動轉(zhuǎn)變方向。這種空間復(fù)用技術(shù)由全向的信號覆蓋變?yōu)榱司珳手赶蛐苑?wù)，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高了基站的服務(wù)容量[4]。

3.3 密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

由于人口的不斷增長，通信技術(shù)的相關(guān)業(yè)務(wù)需求也成幾何倍數(shù)增長。一個人可能同時具備2～3個需求通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，所以需提升通信技術(shù)性能和擴大覆蓋范圍。密集型網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)通過眾多微型基站的建立，大幅提升了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，并減少了不同區(qū)域內(nèi)的干擾密度。

3.4 毫米波技術(shù)和大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突出特點之一就是解決了無法應(yīng)用毫米波技術(shù)和大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)的問題。大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)是為了解決特定區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)交流和轉(zhuǎn)換問題，對于天線數(shù)量、陣列都有要求，可滿足密集人口區(qū)域設(shè)備連接的穩(wěn)定性，提升信息傳輸質(zhì)量，保證通信服務(wù)。大規(guī)模多輸入輸出技術(shù)的缺陷在于天線過于密集，會出現(xiàn)信號波交流、互相干擾，降低了通信效率，使數(shù)據(jù)交流出錯。5G技術(shù)通過波束成形和大數(shù)量小基站，將其應(yīng)用轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。

4 5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用

5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用，不僅充分滿足了用戶的需求，并且兼容性良好。5G的突出優(yōu)勢是高速性，在智能手機、平板電腦的資源下載中能夠完美體現(xiàn)。此外，5G網(wǎng)絡(luò)下的信息存儲，能夠通過高效率的傳輸功能將信息上傳至云空間，有效保障了資料存儲的可靠性與安全性。

5G技術(shù)的兼容與4G、3G、2G通信協(xié)議以及WiFi通信技術(shù)一樣，在智能終端操作時可以進行選用。高兼容性使得5G的使用用途更具有針對性，并能夠基于用戶需求開啟功能，在不需求時關(guān)閉使用，能夠有效減少資源浪費。

5 5G時代與日常生活的聯(lián)系探討

5G網(wǎng)絡(luò)下的通信技術(shù)發(fā)展未來前景較為樂觀，無論是速度、穩(wěn)定性還是時延，都能夠極大地滿足未來生活的需求。預(yù)計在2020年后，5G開始大規(guī)模商業(yè)化，即開始普及。5G 時代將構(gòu)建一個全新的社會，實現(xiàn)人和人之間的溝通、人和設(shè)備之間的交流以及設(shè)備之間的數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)化。5G將下一代社交網(wǎng)絡(luò)、沉浸式游戲轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實體驗，在電子信息設(shè)備中完成數(shù)據(jù)通信、智能聯(lián)網(wǎng)，而融入生活中的數(shù)字化功能可將無人駕駛、智能監(jiān)控及功能型家具等應(yīng)用轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實[5]。

6 結(jié) 論

5G技術(shù)的研發(fā)與發(fā)展是當今社會的必然產(chǎn)物，現(xiàn)在正屬于技術(shù)標準形成的階段，在部分范圍已經(jīng)投入使用。我國為5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化做出了較大努力，5G技術(shù)的研發(fā)試驗也有相關(guān)政策扶持。對于新時期5G無線通信技術(shù)，要始終保持積極態(tài)度，不斷發(fā)展通信技術(shù)。