5G時(shí)代面臨的挑戰(zhàn)及關(guān)鍵技術(shù)探討

鄧雄才

時(shí)代發(fā)展迅速，科技也是日益先進(jìn)，移動(dòng)通信技術(shù)也隨著科技的發(fā)展一直向前快速前進(jìn)并影響著越來越多的領(lǐng)域。4G的出現(xiàn)已經(jīng)很大程度上改變了人們的生活。但是伴隨著科技的迅速發(fā)展，在時(shí)代對于通信技術(shù)的要求也越來越高。相比較4G移動(dòng)通信技術(shù)來說，5G具有更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，更加的智能化，同時(shí)解決了很多傳統(tǒng)通信技術(shù)所不能解決的問題。

一、5G移動(dòng)通信的概念以及現(xiàn)狀

（一）5G移動(dòng)通信技術(shù)的定義

第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡稱為5G，是對4G進(jìn)行全面升級，既是無線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)稱又不同于我們平時(shí)所理解的無線網(wǎng)絡(luò)。前幾代移動(dòng)通信技術(shù)不論是在業(yè)務(wù)方面還是在性能方面功能都太過單一，但是隨著時(shí)代的發(fā)展，目前對于通信技術(shù)的要求卻是非常高的。5G通信技術(shù)會(huì)盡可能的提高頻譜利用效率、資源以及更密集的部署，最大程度上滿足用戶對于移動(dòng)通信技術(shù)的要求。

（二）5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2013年，我國組建了5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究小組，致力于5G移動(dòng)通信技術(shù)的成功開發(fā)，任務(wù)是探討出來5G移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展方向并且設(shè)計(jì)此項(xiàng)技術(shù)的框架，盡最大可能使我國的移動(dòng)通信技術(shù)能夠趕超世界水平。目前為止我國的華為集團(tuán)已經(jīng)成功研究出來了5G移動(dòng)通信技術(shù)，但是這項(xiàng)技術(shù)還不是很成熟，需要更進(jìn)一步的完善并且通過實(shí)踐來檢驗(yàn)這項(xiàng)技術(shù)的真實(shí)效用。

二、5G移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）大規(guī)模MIMO技術(shù)

多天線技術(shù)隨著科技的發(fā)展經(jīng)歷了很多的階段，從無源改善為有源、2D、3D天線的轉(zhuǎn)換以及由高階到大規(guī)模MIMO技術(shù)的發(fā)展。大規(guī)模MIMO技術(shù)特征主要分為兩個(gè)方面，一方面是相比較之前的MIMO技術(shù)，大規(guī)模MIMO技術(shù)大幅度的提升了空間分辨率并且可以更進(jìn)一步發(fā)掘空間的維度資源，促使多個(gè)用戶可以共用一個(gè)時(shí)頻資源。大規(guī)模MIMO技術(shù)可以最大程度上提高頻譜效率。另一方面是大規(guī)模MIMO技術(shù)可以盡可能的減少干擾并且減少發(fā)射功率，當(dāng)天線足夠大的時(shí)候，噪聲以及一些不相干的干擾就可以忽略。

（二）全雙工技術(shù)

可以同時(shí)同頻進(jìn)行雙向通信的技術(shù)就是全雙工技術(shù)，無線通信系統(tǒng)始終存在著網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)的發(fā)射信號對于接收信號的自干擾，所以現(xiàn)在的無線通信設(shè)備沒有足夠的條件完成同時(shí)同頻雙向通信，正是因?yàn)橥瑫r(shí)同頻受到限制，導(dǎo)致一半的無線資源就被浪費(fèi)掉。全雙工技術(shù)可以完美的解決這一問題，實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻雙向通信并且大幅度提高頻譜利用效率，最大程度上消除干擾，是移動(dòng)通信領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。

（三）基于電磁波角動(dòng)量特性的新型無線傳輸技術(shù)

無線傳輸?shù)慕橘|(zhì)是電磁波，這個(gè)新型無線傳輸技術(shù)極可能最大程度上提高無線通信的容量，并且可以在某一個(gè)固定頻帶范圍內(nèi)完成無限多的信道傳輸，這就可以有效地解決無線通信頻譜擁擠的問題。同時(shí)，環(huán)境條件對于電磁渦旋有著很大的影響，所以一旦環(huán)境條件發(fā)生了一些變化，波束扭轉(zhuǎn)角度就會(huì)受到很大的改變從而影響到電磁渦旋，如何將大量的電磁渦旋波態(tài)分離成為了通信技術(shù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。

（四）超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

未來的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)主要分為兩個(gè)方面，一方面是室內(nèi)業(yè)務(wù)另一方面是熱點(diǎn)地區(qū)，所以超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)更多倍流量要求的方式之一，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以大幅度的完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及提高系統(tǒng)容量，對業(yè)務(wù)進(jìn)行準(zhǔn)確劃分。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆捎谥饾u密集的網(wǎng)絡(luò)部署變得非常復(fù)雜，系統(tǒng)容量的增加受到小區(qū)干擾的限制，并且將會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)的能效會(huì)使能效降低。因此，消除干擾、小區(qū)迅速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力的提高以及移動(dòng)性增強(qiáng)等都為密集網(wǎng)絡(luò)方面問題的探究提供了努力方向。

（五）空間調(diào)制技術(shù)

把每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并且找到其所對應(yīng)的位置并且經(jīng)過多個(gè)天線合成發(fā)送的過程叫做空間調(diào)制。雖然空間調(diào)制技術(shù)是由很多個(gè)天線組成的，但是使用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，其實(shí)只有一個(gè)天線實(shí)際在正常工作，其余的天線始終都是處于待命狀態(tài)的。每一個(gè)信息都將被準(zhǔn)確分成兩個(gè)字節(jié)，如果涉及到發(fā)射天線的數(shù)量和天線陣列信號星座圖的大小，將使用第一個(gè)字節(jié)進(jìn)行判斷是哪一個(gè)天線在工作狀態(tài)，第二個(gè)字節(jié)用來將天線陣列信號圖的信息經(jīng)過天線成功發(fā)送出去，這項(xiàng)新型技術(shù)可以在很大程度上提高傳輸效率。

三、5G移動(dòng)通信技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)

（一）頻率挑戰(zhàn)

通信技術(shù)發(fā)展迅速，隨之而來的就是無線電頻資源稀缺方面的問題，頻譜資源消耗量越來越大，所以分配給5G移動(dòng)通信技術(shù)的頻譜資源更加的適合于室內(nèi)業(yè)務(wù)，在室外的效果明顯不是很好。所以高頻段資源對基站的覆蓋提出了挑戰(zhàn)，如何使室外覆蓋的需求得到滿足、怎樣在不影響到網(wǎng)絡(luò)性能并盡可能的減少基站密度是目前5G通信技術(shù)需要面臨的挑戰(zhàn)。

（二）網(wǎng)絡(luò)能耗挑戰(zhàn)

移動(dòng)通信領(lǐng)域的能源消耗量十分的大，所以時(shí)代對5G移動(dòng)通信技術(shù)的要求就是將能源消耗降低到最小，大概比傳統(tǒng)的能源消耗降低十倍左右。同時(shí)在提供1000倍流量的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)總體能耗以及運(yùn)營成本盡可能的保持不變，這將致使網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、空口傳輸、交換路由、內(nèi)容分發(fā)、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面需要做出的改進(jìn)成為了移動(dòng)通信技術(shù)的新型挑戰(zhàn)。

（三）物聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)靈活性挑戰(zhàn)

互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)電信網(wǎng)的信息載體就是物聯(lián)網(wǎng)。5G移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)與物聯(lián)網(wǎng)相融合，變得更加智能化更加方便與用戶的使用。同樣物聯(lián)網(wǎng)要面臨更多的挑戰(zhàn)，例如系統(tǒng)容量、服務(wù)質(zhì)量、傳輸瓶頸以及安全隱患等方面，如果5G移動(dòng)通信技術(shù)在將來被廣泛使用，就意味著移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)范圍以及業(yè)務(wù)靈活性都需要提高。在業(yè)務(wù)應(yīng)用上面，5G通信即需要滿足普通用戶的靜止以及低速的要求，又需要滿足高鐵或者是航空器等高速或者超高速的要求，因此制定統(tǒng)一的通信協(xié)議是需要的，所以業(yè)務(wù)靈活性方面還面臨著很多的挑戰(zhàn)。

（四）終端方面的挑戰(zhàn)

5G移動(dòng)通信技術(shù)是多技術(shù)的集成網(wǎng)絡(luò)，為了順應(yīng)時(shí)代的要求，將來的終端要支持5-10個(gè)以至更多個(gè)的無線通信技術(shù)，另外加上Wi-Fi、紅外、藍(lán)牙以及FM收音機(jī)等智能化終端，就必須要求5G移動(dòng)通信技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)低成本多模終端同時(shí)待機(jī)時(shí)間需要在現(xiàn)在的5倍左右，所以5G移動(dòng)通信技術(shù)在終端方面還有很大的挑戰(zhàn)。

（五）環(huán)保方面的挑戰(zhàn)

隨著科技的發(fā)展，大部分的科學(xué)技術(shù)都會(huì)朝著環(huán)保的方向前進(jìn)，無線技術(shù)會(huì)使能量被大量的消耗，導(dǎo)致二氧化碳的排放量快速增加，二氧化碳的急劇增多確實(shí)是給環(huán)境造成了巨大的壓力。所以在5G移動(dòng)通信技術(shù)開發(fā)的時(shí)候，盡可能的高效節(jié)能，使能量損耗達(dá)到最低，所以在環(huán)境保護(hù)方面也是對5G移動(dòng)通信技術(shù)的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

（六）經(jīng)濟(jì)影響方面的挑戰(zhàn)

移動(dòng)通信技術(shù)越來越先進(jìn)，隨之而來的就是經(jīng)濟(jì)將會(huì)被帶動(dòng)，因?yàn)樯婕暗浇?jīng)濟(jì)方面的問題，所以需要政府部門的大力支持，管理好運(yùn)營商和相關(guān)管理機(jī)構(gòu)的關(guān)系。并且對于使用5G移動(dòng)通信方面的費(fèi)用制定也要進(jìn)行認(rèn)真斟酌。所以5G移動(dòng)通信技術(shù)對經(jīng)濟(jì)的影響也將是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

（七）低延遲和高可靠性方面的挑戰(zhàn)

移動(dòng)通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中低延遲性以及高可靠性是非常重要的。比如說機(jī)器人來監(jiān)控病人、生命安全系統(tǒng)、基于云的游戲、核反應(yīng)堆、傳感器、無人機(jī)以及聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)輸系統(tǒng)的信息傳輸，但是它需要供給快速連接、快速切換以及高速率傳輸效率這方面的技術(shù)，這就是大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)傳輸中低延遲性以及高可靠性需要面臨的巨大挑戰(zhàn)。這是未來5G時(shí)代需要解決的技術(shù)性問題。

四、對5G關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)的應(yīng)對策略

利用MIMO技術(shù)來提高高頻譜的利用效率，并且使數(shù)據(jù)速率快速提升。

超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，這種新型技術(shù)可以使終端的移動(dòng)性大幅度增加以及提高小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)能效。

新型架構(gòu)的應(yīng)用，減輕干擾，降低能耗以及提高頻譜效率，更加的智能化，能夠有效維護(hù)以及降低運(yùn)營成本。

5G移動(dòng)通信技術(shù)所存在的挑戰(zhàn)首先需要積極的面對，經(jīng)過認(rèn)真的探究找到合適的解決方法，然后讓5G移動(dòng)通信真正的造福社會(huì)。