基于面向5G 的移動通信技術(shù)及其優(yōu)化研究

李玉銘

（齊齊哈爾移動通信公司，齊齊哈爾 161000）

5G 即第五代通訊技術(shù)，是在4G 技術(shù)基礎上發(fā)展上來的，雖然技術(shù)尚處于探索階段，并未得到廣泛的應用，但5G 技術(shù)必將成為未來的主要通信技術(shù)是毋容置疑的。其優(yōu)秀的性能，如傳輸速度快，傳輸效率高，網(wǎng)絡延遲低，可擴展性性強等可為未來人們提供高質(zhì)量的服務，為人們我們的生活帶來更大的便利。由于其特點，5G 通信技術(shù)將在未來的高清直播，VR 虛擬現(xiàn)實，移動網(wǎng)絡通信等方面大放異彩，其在未來的工業(yè)，醫(yī)療行業(yè)，金融行業(yè)和交通行業(yè)等方面也都將會帶來大量的技術(shù)革新。由于其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，可滿足人們?nèi)找嬖鲩L的差異化需求，且以及符合未來的發(fā)展趨勢等原因，5G 通信技術(shù)將會在未來的社會發(fā)展中得到越來越廣泛的應用。

1 5G 通信技術(shù)的背景與意義

5G 通信技術(shù)是面向未來通信需求的而開發(fā)的新一代通信技術(shù)，基于4G 技術(shù)發(fā)展而來，在各個方面都要優(yōu)越于4G 技術(shù)。在傳輸速度和效率，資源的利用率，網(wǎng)絡延遲等方面都有飛躍的發(fā)展。而且5G 通信技術(shù)還具有很強的交互性，它還可以通過與模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡，人工智能等新興科技相互結(jié)合使用，實現(xiàn)更高級的功能，提供更多差異化的需求。

由于5G 通訊信技術(shù)的優(yōu)越性，其在諸多行業(yè)將得到更廣泛的應用，如在智能工業(yè)化控制和智能醫(yī)療行業(yè)等方面得到應用。在工業(yè)生產(chǎn)的過程中使用5G 技術(shù)可以讓生產(chǎn)流程更加便于設計和控制，可以使工廠序的整體運行更加精準可靠，運行效率速度大幅度提升，生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息傳輸更加精確便捷，生產(chǎn)環(huán)境節(jié)更加穩(wěn)定。5G 的發(fā)展極大擴展擴大了計算機的工作范圍，通過從而可以更加廣泛的使用計算機網(wǎng)絡控制，大幅度提高生產(chǎn)效率和提升產(chǎn)品質(zhì)量。而在醫(yī)療行業(yè)，5G 通信技術(shù)普遍應用于醫(yī)療設備，醫(yī)療檢查和化驗以及病人的康復訓練。5G 通信訊技術(shù)的網(wǎng)絡化特點結(jié)構(gòu)更能使常規(guī)的醫(yī)療設備充分發(fā)揮其性能。而基于5G 技術(shù)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)可以與現(xiàn)有的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合來使工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)進入下一個發(fā)展階段。

2 5G 通訊信技術(shù)的關鍵技術(shù)

在5G 通信技術(shù)發(fā)展的過程中，多個領域取得的重大的突破支撐整個技術(shù)的發(fā)展，如無線接入技術(shù)，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡，大規(guī)模MIMO 等方面取得了較大的技術(shù)突破。

5G 技術(shù)的關鍵性要點就是無線接入，這就需要利用更加廣泛的信號寬帶，為人們的生活生產(chǎn)帶來便捷。無線接入技術(shù)主要以射束分割多址技術(shù)和非正交多址接入技術(shù)為基礎圍繞著頻分多址，碼分多址等內(nèi)容，利用可測得的頻譜資源來輔助無線接入技術(shù)。以此來為5G 技術(shù)的接入接口提供頻率，時間等資源。

考慮到5G 技術(shù)的應用場合會存在較大的工作負荷，強化增加低功率節(jié)點數(shù)，縮小單元半徑都顯得十分尤為重要。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡就是基于提升數(shù)據(jù)信息流量所誕生的技術(shù)，以此來為5G技術(shù)的發(fā)展提供支撐。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡可以密集部署網(wǎng)絡，可有效的減少所設置的各個節(jié)點的功率和，提升頻率的使用效率，同時可以準確的計算出相鄰的節(jié)點點的間距，可以起到優(yōu)化選擇網(wǎng)絡選擇，優(yōu)化節(jié)點距離，輔助網(wǎng)絡業(yè)務的功能的實現(xiàn)。此技術(shù)的應用便于統(tǒng)計出網(wǎng)絡用戶的數(shù)量，并計算出各個部分所需要提供的信息量，協(xié)助用戶統(tǒng)一與網(wǎng)絡所提供的服務各自的差異性，為其降低功率，節(jié)省配置間的協(xié)調(diào)提供輔助功能。

為了實現(xiàn)5G 通訊信技術(shù)，需要降低提升現(xiàn)有的頻譜效率，因此大規(guī)模的MIMO 技術(shù)起到關鍵作用。MIMO 技術(shù)也就是多路輸出多路輸入技術(shù)，通過把基站中的天線進行改變，把需要傳輸?shù)男畔⑦M行分割，由多根天線進行傳播，而接收端也由多根天線接收，以此來達到多路輸入輸出的目的。最后再由事先設計好的算法進行整理，大大的加快了信息傳輸速度并提高了頻譜的使用效率。MIMO 技術(shù)的使用可以明顯的增加信道容量，當天線數(shù)同比增加一到兩和數(shù)量級時，可以有效的解決天線信道不足的問題，系統(tǒng)的容量也隨之擴大。在通信網(wǎng)絡基站中應用MIMO 技術(shù)，可以對天線進行批量控制，根據(jù)需要增加信道容量，這樣就可以對同一個資源提供給更多的用戶，更加合理的應用資源。

由于低頻頻段的資源有限，部分5G 網(wǎng)絡會部署在高頻頻段，即毫米波頻段（mmWave），5G 引入了關鍵性技術(shù)-大規(guī)模天線技術(shù)，即LargescaleMIMO，亦稱為MassiveMIMO 或3DMIMO。隨著頻率的提高，無線信號傳輸路徑損耗必將大幅增加。由于環(huán)境保護對功率的上限要求，同時受制于材料和物理規(guī)律，也無法無限提高載波發(fā)射功率和發(fā)射天線的增益或降低接收天線靈敏度，唯一可行的解決方案是：增加發(fā)射和接收天線的數(shù)量，即設置多天線陣列。移動通信使用的天線尺寸相對無線波長是固定的，一般為1/2波長，那么頻率提高將導致天線變小，可以通過增加天線數(shù)量來補償高頻傳輸路徑損耗，且不會加大天線陣列的尺寸。相較于傳統(tǒng)MIMO 技術(shù)，3DMIMO 是在信號水平維度空間基礎上引入垂直維度的空域進行利用，信號的輻射狀是個電磁波束。3DMIMO 可以提供豐富的空間自由度，支持空分多址，提高無線信號的可靠性，提高頻率使用效率，提高吞吐率，減少對鄰近小區(qū)的干擾。

近些年來，移動設備的不斷革新智能終端為人們用戶提供大量的信息服務，人們越來越離不開這些移動端設備，那如何使其高效的處理信息顯得至關重要。云計算就在這種情況下得到突破，并為5G 技術(shù)的發(fā)展提供重要的需求推動技術(shù)支撐。移動云計算不要求用戶在自己的終端上進行運算和處理數(shù)據(jù)，有效的降低了對用戶移動端的配置要求。云計算通過移動網(wǎng)絡通訊對數(shù)據(jù)進行傳輸調(diào)用云端資源，由云端高效的處理器進行數(shù)據(jù)處理，有效的彌補了用戶資源不足和處理能力底低下的問題。在存儲的過程中，統(tǒng)一把資源存儲到云端，使用分布式系統(tǒng)處理文件，可以快速的處理復雜，大量的數(shù)據(jù)文件，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理。

3 5G 技術(shù)的特點

就目前而言，5G 技術(shù)體系基本形成，并將會在不久遠的未將來得到廣泛的應用。不同于以前的2G，3G，4G 等技術(shù)，5G技術(shù)在各方面都要優(yōu)越于它們，其在未來的大規(guī)模應用是必然歷史所需趨勢。5G 通信技術(shù)對數(shù)據(jù)的利用率更高更加高效，同時傳輸?shù)馁|(zhì)量也更加高。在數(shù)據(jù)傳輸方面，5G 技術(shù)的傳輸更加安全可靠，傳輸速度也更加快速，時效性得到了顯著提高。由于5G 技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，速度也得到了大幅度提升，這樣會給用戶帶來更好的體驗，給開發(fā)者帶來更大的效益。5G 技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸也在將向智能化發(fā)展，由于基于其優(yōu)秀良的交互性，可以通過與人工智能等技術(shù)的結(jié)合使用為用戶帶來更體貼的服務。5G 技術(shù)的諸多優(yōu)點會為未來人們享受帶來到更加舒適的體驗感。

4 5G 技術(shù)的優(yōu)化

現(xiàn)階段，大量的行業(yè)期待著5G 技術(shù)的到來。如果5G 通訊技術(shù)投入實際應用當中，那么5G 技術(shù)的用戶數(shù)量會迅速的增加，技術(shù)基礎運營商會遭遇到前所未有的運營壓力，而云端的站址所要處理大量數(shù)據(jù)資源，會帶來大量的負荷。對運營商來說，需要保證網(wǎng)絡覆蓋范圍更加精準，更加科學可靠。在精準覆蓋的條件下還要保障網(wǎng)絡的覆蓋質(zhì)量，全方位地實施5G 網(wǎng)絡覆蓋。對于網(wǎng)絡傳輸，應該優(yōu)化網(wǎng)絡傳播模型，綜合考慮各種因素，如地理，環(huán)境等問題。以最小的損耗保證信號的質(zhì)量。

5G 技術(shù)的研究在4G 移動技術(shù)的基礎上正在緊密進行。5G技術(shù)滿足通信信息中的各種可能，所有對5G 技術(shù)額技術(shù)關鍵要點和架構(gòu)體系必須加以重視。我們必須應該從移動無線信號的傳播模式，信號覆蓋范圍、信號傳輸速率、頻譜利用率等多方面綜合考慮，構(gòu)建一個完整高校效的5G 網(wǎng)絡應用機制。我們目前必須應該把目眼光放在解決5G 技術(shù)用戶在體驗速率、小區(qū)流量密度以及網(wǎng)絡能效等關鍵指標上面，重點解決連續(xù)廣域覆蓋、熱點高流量、低功耗大連接和低時延高可靠等多個場景用戶的需求。讓用戶可以使用一個覆蓋范圍廣流量密集以及速率較快的移動通訊網(wǎng)絡。

5 結(jié)束語

總之，隨著我國經(jīng)濟與科技飛速發(fā)展，人們對通信技術(shù)的要需求日益增長也越來越高，5G 時代的到來是歷史所趨，是必然的結(jié)果，會有越來越多的行業(yè)應用到5G 通信技術(shù)。4G 改變生活，5G 改變社會。5G 時代的到來注定會給人們的生活帶來更多的變化，更好的體驗。由于現(xiàn)存的5G 通信技術(shù)尚未十分成熟，標準也正在制定中，需要技術(shù)的不斷完善和整個產(chǎn)業(yè)鏈的通力配合，以促進5G 和垂直行業(yè)融合發(fā)展，為5G 規(guī)模組網(wǎng)和商用做好準備。還需要研究人員結(jié)合實際，繼續(xù)在現(xiàn)有的技術(shù)上進行創(chuàng)新，以滿足人們未來生活生產(chǎn)的需要。