淺談5G通訊技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

王亞文，王丹，劉佳（通訊作者）

（武漢商學(xué)院信息工程學(xué)院，湖北武漢，430056）

0 引言

目前，5G 的發(fā)展受到了世界各地通訊商的關(guān)注。有媒體說：掌握了5G 的核心技術(shù)，就相當(dāng)于引領(lǐng)了未來(lái)50 年世界科技的發(fā)展。5G 的超低時(shí)延性，大規(guī)模覆蓋性的特點(diǎn)會(huì)帶給用戶擁有更好的上網(wǎng)體驗(yàn)。同時(shí)5G 也將引領(lǐng)出一批新興產(chǎn)業(yè)，如：智能家居、無(wú)人汽車、VR 等，這些產(chǎn)業(yè)將與5G 技術(shù)結(jié)合，使用戶得到不一樣的的體驗(yàn)，讓人們的生活更加趨于智能化。

1 5G 核心技術(shù)

全面分析5G 的過程中，首先要了解的是5G 在核心技術(shù)上的創(chuàng)新。這些技術(shù)將從根本上改變網(wǎng)絡(luò)傳播的方式及網(wǎng)絡(luò)傳播的速度，使5G 技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

1.1 大規(guī)模多天線

大規(guī)模多天線技術(shù)是一種多入多出（MIMO）的通信系統(tǒng)，在系統(tǒng)中基站的天線數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于終端的天線數(shù)[1]。大規(guī)模的MIMO 將通過波束成形技術(shù)，使所要傳輸?shù)男畔⒏泳哂兄赶蛐?，防止收到周圍發(fā)出的其他的信息干擾，也可提升終端的接受速率。同時(shí)運(yùn)用大規(guī)模多天線技術(shù)只需要采用簡(jiǎn)單的預(yù)編碼處理就可以提高其運(yùn)行速率。但是這一技術(shù)目前仍處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，還不能作為商用。

1.2 small cell 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G 是對(duì)4G 通信的進(jìn)一步提升，5G 的相關(guān)技術(shù)也將在4G 原有的技術(shù)上進(jìn)行完善。4G 通訊需要在不同的高地建立大型基站，從而進(jìn)行信息發(fā)送。但由于基站占地面積的龐大，就使得基站數(shù)量基數(shù)小，因此兩個(gè)基站中間距離很遠(yuǎn)，這樣就減緩了信息的發(fā)送速率，并且這樣傳輸?shù)男畔⒁踩菀资艿狡渌念l道的信息干擾。但對(duì)于5G 來(lái)說，small cell 技術(shù)充分解決了基站占地面積大這一問題。未來(lái)的5G，只需要在小區(qū)中建立小型基站，這種基站的體積微小，在路燈上就可以安裝，可以大大減少占地面積。通過大量的基站的建設(shè)，不但可以提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率和信號(hào)強(qiáng)度，而且可以增加系統(tǒng)服務(wù)的終端的數(shù)量。

圖1 模擬small—cell 技術(shù)效果圖

1.3 C-RAN 技術(shù)

C-RAN（新型的基于云的無(wú)限接入網(wǎng)構(gòu)架）由三部分組成，由遠(yuǎn)端無(wú)線射頻單元和田縣組成的分布式無(wú)線網(wǎng)，由高帶寬低延遲的光傳輸網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)端無(wú)線射頻單元，由高性能處理器和實(shí)時(shí)虛擬技術(shù)組成的集中式基帶處理池[2]。通過這三部分的相互配合，提高了頻譜利用率和網(wǎng)絡(luò)容量，5G 可以輕松面對(duì)日益增加的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，減少網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)問題。在人群密集的場(chǎng)所，將不會(huì)有因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)不夠流暢而使人們苦惱的問題。

2 5G 應(yīng)用場(chǎng)景

為更進(jìn)一步的了解5G，我們應(yīng)從5G 的應(yīng)用場(chǎng)景入手。了解5G 技術(shù)應(yīng)用的范圍，及其所帶來(lái)的價(jià)值意義。

2.1 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶通信

在人口密度比較大的地方，使用4G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)手機(jī)網(wǎng)速總會(huì)受到制約，導(dǎo)致人們無(wú)法流暢使用網(wǎng)絡(luò)。而5G 網(wǎng)絡(luò)將充分地解決這一問題，它通過增強(qiáng)寬帶通信，更好地滿足人們的需求。它將在傳統(tǒng)技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化，提高運(yùn)行速率，改善并提升用戶體驗(yàn)，將常識(shí)性和改進(jìn)型管理結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵。同時(shí)5G 也將大大提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕尤胨俣?，使用戶體驗(yàn)感增強(qiáng)。4G 下行峰值傳輸速率只有1Gb/s,而5G 中下行峰值則高達(dá)到20Gb/s[3]。舉個(gè)例子：下載一部電影，應(yīng)用4G 網(wǎng)絡(luò)需要幾分鐘甚至十幾分鐘，但如果運(yùn)用5G 網(wǎng)絡(luò)僅需十幾秒鐘，這樣將有力的提高人們的辦事效率。

2.2 大規(guī)模機(jī)器型通信

在5G 的背景下，萬(wàn)物互聯(lián)將會(huì)是人類發(fā)展的必然趨勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的eMTC 技術(shù)，大規(guī)模機(jī)器型通信將實(shí)現(xiàn)物與人和物與物之間的連接。通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將機(jī)器連接起來(lái)形成體系與終端相連，便于管理者在終端上更好的維護(hù)非敏感數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息交叉體系，從而提高大規(guī)模機(jī)器群的可操作性，降低操作成本。當(dāng)大規(guī)模機(jī)器型通信實(shí)現(xiàn)時(shí)，智能家居將會(huì)將會(huì)普及于人們的日常生活，人們的生活方式也會(huì)因此而改變。

2.3 超高可靠性超低延時(shí)通信

在5G 的推廣過程中，要確保網(wǎng)絡(luò)吞吐量、時(shí)延信息、可用性都達(dá)到相應(yīng)的要求，就應(yīng)監(jiān)督和管理好它的超高可靠性超低延遲性，保證技術(shù)的完善性。4G 中的延時(shí)在70 毫秒左右，而uRLLC 技術(shù)可將通信延時(shí)降低到毫秒以下，實(shí)現(xiàn)觸覺互聯(lián)，VR 技術(shù)將會(huì)更完美的展現(xiàn)在人們面前。就如現(xiàn)在一些知名手游，王者榮耀，吃雞類的競(jìng)技游戲，延遲就意味著你的操作要很久才能在英雄身上體現(xiàn)，而5G 時(shí)代的到來(lái)，將大大縮短這一時(shí)間，延遲將會(huì)降到10ms 以下，使用戶體驗(yàn)感更強(qiáng)。

3 5G 的發(fā)展方向

在國(guó)家的大力支持和市場(chǎng)的推動(dòng)下，5G 技術(shù)正在不斷完善。

3.1 社會(huì)更智能

可預(yù)見的是，未來(lái)5G 將使人類的生活變得更加智能化。

從交通出行方面來(lái)說，5G 技術(shù)的出現(xiàn)將會(huì)使智能車技術(shù)更加完備。無(wú)人車的各個(gè)部件將連接到同一臺(tái)終端上，實(shí)現(xiàn)物物相連，通過各部協(xié)調(diào)，做到完美制動(dòng)。5G 的超高可靠性超低時(shí)延性將使汽車的反應(yīng)更快，遇到緊急情況時(shí)，通過高速的信息回傳，在短時(shí)間內(nèi)，作出最迅速的反應(yīng)，減少事故的發(fā)生，為人們的出行保駕護(hù)航。

醫(yī)療方面也將受到5G 的影響，未來(lái)主刀醫(yī)師將會(huì)是某臺(tái)編號(hào)的機(jī)器，由于機(jī)器的超高穩(wěn)定性，通過視頻傳輸，準(zhǔn)確定位，降低手術(shù)的失誤率，造福病人。異區(qū)診斷將不再罕見，患者在家就能看病，這一舉措將減輕醫(yī)院排隊(duì)的壓力。

當(dāng)5G 全面推廣時(shí)，教育發(fā)展不平衡的問題也將會(huì)得到有效的改善，因?yàn)?G 基站的體小，易于置放的特點(diǎn)，即使在偏遠(yuǎn)山區(qū)也可大量建設(shè)基站，使地方信號(hào)更加穩(wěn)定。通過視頻教學(xué)，偏遠(yuǎn)地區(qū)的孩子們也將聽到優(yōu)質(zhì)老師講的課。同時(shí)隨著VR 和5G 技術(shù)的雙向發(fā)展，帶上一副眼鏡就仿佛置身于另一端的老師的課堂，同時(shí)可進(jìn)行課堂互動(dòng)，增大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使距離不再遙遠(yuǎn)。

5G 技術(shù)也將會(huì)在農(nóng)業(yè)上有所應(yīng)用，為每一種蔬菜制作其特定的二維碼，顧客通過掃描二維碼，就可全方位看到蔬菜成長(zhǎng)的環(huán)境，使用的肥料等情況，讓人們吃到真正的放心菜。智能家居、智能電網(wǎng)也都將隨著5G 的發(fā)展變成現(xiàn)實(shí)，提高人們的生活品質(zhì)。

圖2 關(guān)于5G 技術(shù)的應(yīng)用方向圖示

3.2 人才的更新?lián)Q代

5G 時(shí)代的到來(lái)必定會(huì)帶來(lái)云計(jì)算、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、SND 等新技術(shù)方面的普及化。因此各大高校、公司應(yīng)做好人才培養(yǎng)工作，保證人才能夠熟悉并掌握相應(yīng)技能，有效提高工作效率和工作質(zhì)量，以推進(jìn)5G 的發(fā)展。同時(shí)5G 的到來(lái)必將會(huì)對(duì)一些企業(yè)帶來(lái)危機(jī)和挑戰(zhàn)，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)探索新的生存方式，做好完美轉(zhuǎn)型，積極發(fā)展5G 產(chǎn)業(yè)，以應(yīng)對(duì)5G時(shí)代科技巨變所帶來(lái)的巨大沖擊。

4 總結(jié)

從2G 開始，3G 過渡，4G 提升，再到今天5G 的飛躍，無(wú)一不在詮釋著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。5G 將對(duì)4G 的核心技術(shù)進(jìn)行全面的優(yōu)化，從而提高能源的利用率，提升信息傳輸速率，使受眾人群達(dá)到更極致的上網(wǎng)體驗(yàn)?？深A(yù)料的是，在未來(lái)，5G 將帶來(lái)一場(chǎng)科技革命，它將徹底改變社會(huì)的意識(shí)形態(tài)，打破人們對(duì)傳統(tǒng)生活方式的認(rèn)知，使得人們?cè)卺t(yī)療、教育、出行等方面更加智能化，人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程將會(huì)邁進(jìn)一大步。