5G核心技術(shù)研究發(fā)展探析

孔慶玉 商文宇

[摘 ? ?要] 隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)階段4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐漸不能夠滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)兩大領(lǐng)域的根本需求，5G通信必將成為未來通信技術(shù)發(fā)展的主流。作為中美貿(mào)易摩擦的導(dǎo)火索，我國的5G通信技術(shù)在華為等通信行業(yè)翹楚的不斷科研下，已經(jīng)走在了世界通信技術(shù)發(fā)展的前列，5G的核心技術(shù)已經(jīng)不僅僅是一個(gè)國家無線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域的成就，儼然已經(jīng)上升至國家發(fā)展的戰(zhàn)略層面。因此，深入研究5G通信的核心技術(shù)，推動(dòng)這種全新的無線移動(dòng)通信技術(shù)以滿足我國未來網(wǎng)絡(luò)社會(huì)長(zhǎng)期發(fā)展的需要已經(jīng)成為當(dāng)前通信領(lǐng)域所要面臨的主要課題，是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略強(qiáng)國、科技強(qiáng)國的根本途徑。

[關(guān)鍵詞] 5G;核心技術(shù);移動(dòng)通信技術(shù)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 19. 068

[中圖分類號(hào)] TP311 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ?A ? ? ?[文章編號(hào)] ?1673 - 0194（2019）19- 0159- 02

0 ? ? ?前 ? ?言

5G也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)，核心的原理就是通過完善相關(guān)核心技術(shù)來提升通信網(wǎng)絡(luò)的性能，進(jìn)而滿足當(dāng)下移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，未來的通信網(wǎng)絡(luò)將迎來成百上千倍的數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)，多人視頻通話、智能終端、游戲、3D電影以及各種高質(zhì)量節(jié)目都對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有著更高的要求，為了應(yīng)對(duì)這些全新形式的市場(chǎng)挑戰(zhàn)，通信企業(yè)必須重視對(duì)5G核心技術(shù)的研究，5G核心技術(shù)的發(fā)展也將成為未來通信領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

1 ? ? ?5G通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.1 ? 5G將實(shí)現(xiàn)服務(wù)體驗(yàn)的優(yōu)化以及應(yīng)用場(chǎng)景的拓展

當(dāng)前我國的智慧農(nóng)業(yè)、人工智能、智能駕駛等多個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)應(yīng)用了5G技術(shù)，但是在不斷的實(shí)踐過程中不難發(fā)現(xiàn)，5G至今為止依然僅僅只能被當(dāng)作一種通信技術(shù)來優(yōu)化行業(yè)信息傳輸?shù)目煽啃院托市?，并不能夠在功能上給予行業(yè)帶來質(zhì)的突破，這也是當(dāng)下我國5G核心技術(shù)發(fā)展的主要困難。未來的5G技術(shù)發(fā)展必須要與垂直應(yīng)用行業(yè)的核心技術(shù)相匹配，從客戶需求的痛點(diǎn)著手，5G核心技術(shù)的研發(fā)目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)服務(wù)體驗(yàn)的優(yōu)化以及應(yīng)用場(chǎng)景的拓展。

1.2 ? 5G將實(shí)現(xiàn)體系系統(tǒng)的穩(wěn)定以及通信信息的安全

在這個(gè)信息化爆炸的時(shí)代，信息安全是通信技術(shù)發(fā)展過程中不可忽視的重要問題。雖然5G的眾多安全技術(shù)中，云化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、多地址、虛擬化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等技術(shù)能夠在一定程度上為客戶的應(yīng)用提供一定的保障需求，但其根本上還是容易遭到網(wǎng)絡(luò)黑客或外部的侵襲。未來的5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的核心發(fā)展方向就是要保障信息傳輸?shù)陌踩裕@也是通信運(yùn)營商最為重視的領(lǐng)域，高效的傳輸效率并不能夠使5G立足于不敗之地，只有輔助以更加穩(wěn)定的安全防范技術(shù)，才能夠使5G的體系能夠穩(wěn)定運(yùn)營。

2 ? ? ?5G技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 ? 非正交多址接入技術(shù)

5G的非正交多址接入技術(shù)的基本思想就是主動(dòng)引入干擾信息，在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，在接收端采用串行干擾刪除接收機(jī)實(shí)現(xiàn)正確的解調(diào)。采用這種技術(shù)的核心特點(diǎn)就是干擾較低，在高速運(yùn)動(dòng)的條件下也能夠保持很高的傳輸效率，并且這種高速的傳輸效率能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶共享。

2.2 ? 高頻段傳輸

現(xiàn)階段的移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻率主要集中在3 GHz 以下，這就造成了這部分頻譜的資源十分擁擠。而5G技術(shù)采用的是高頻段位，其可用的頻譜資源十分豐富，解決了當(dāng)先移動(dòng)通信頻譜資源匱乏的局面，能夠?qū)崿F(xiàn)短距離極高速度的通信。5G所采用的高頻段位是未來移動(dòng)通信的主要發(fā)展趨勢(shì)，能夠架設(shè)足夠量的小型化天線、設(shè)備以及帶寬。

2.3 ? 超密集組網(wǎng)

5G技術(shù)所采用的超密集組網(wǎng)解決傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及系統(tǒng)容量的問題，極大地提升了網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積以及系統(tǒng)容量，能夠?qū)崿F(xiàn)通信業(yè)務(wù)的分流，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的頻率復(fù)用以及更具靈活性的網(wǎng)絡(luò)部署。但這種密集型的網(wǎng)絡(luò)部署也存在一定的難題，小區(qū)彼此間的干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量發(fā)展的主要因素，如何提升終端能力以及小區(qū)間的協(xié)作成為5G密集網(wǎng)絡(luò)方面的熱點(diǎn)課題。

2.4 ? 大規(guī)模MIMO

5G技術(shù)的大規(guī)模MIMO實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)所不能夠滿足的能量效率以及頻譜效率的數(shù)量級(jí)提升需求，使得能量效率和頻譜效率都得到了顯著的提升，同時(shí)，5G技術(shù)所采用的大規(guī)模MIMO由于使用簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法和線性預(yù)編碼，使得快速衰落和噪音對(duì)系統(tǒng)的影響逐步消失。

3 ? ? ?5G通信的核心技術(shù)

3.1 ? OFDM 優(yōu)化的波形與多址接入技術(shù)

5G的OFDM 技術(shù)是4G OFDM 技術(shù)的優(yōu)化版本，具有較強(qiáng)的兼容性和相對(duì)較高的頻譜效率，可以擴(kuò)展至大帶寬應(yīng)用，更為重要的是，這種核心技術(shù)的能耗較低，且信號(hào)抗干擾性較強(qiáng)。通過增強(qiáng)頻率本地化來實(shí)現(xiàn)不同用戶與服務(wù)器之間更高的多路傳輸效率，進(jìn)而滿足了5G可靠、高速的數(shù)據(jù)傳輸要求，多地質(zhì)的接入技術(shù)使得5G的傳輸更加穩(wěn)定，頻譜效率更高，使得5G通信技術(shù)更具連接性功能。

3.2 ? 新型網(wǎng)絡(luò)框架搭建技術(shù)

5G通信的未來發(fā)展主流趨勢(shì)就是要滿足多種服務(wù)的需求以及多場(chǎng)景的應(yīng)用，因此，5G通信的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就必須兼具簡(jiǎn)單性和靈活性的特點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)多途徑傳輸效率的增強(qiáng)。基于這種要求下，5G網(wǎng)絡(luò)框架搭建所采用的核心技術(shù)拓展時(shí)間間隔以及自包含集成子幀，這兩種技術(shù)的使用可以使5G的網(wǎng)絡(luò)框架搭建更加靈活，實(shí)現(xiàn)同頻率不同 TTI 的多路徑數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同一頻率的多路傳輸。

3.3 ? 集群化無線技術(shù)

5G技術(shù)實(shí)質(zhì)上是對(duì)現(xiàn)有的全部通信技術(shù)進(jìn)行集成，通信信息傳輸性能的提升完全是通過技術(shù)的組合得以實(shí)現(xiàn)，因此，這種集群化的無線技術(shù)就是5G技術(shù)的核心技術(shù)之一。首先，5G通過使用MIMO 技術(shù)來增加基站容量，顯著提升信道容量，再結(jié)合智能波束成型技術(shù)來提升信號(hào)的集中度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域的擴(kuò)展;其次，5G采用Wave 技術(shù)以及頻譜共享技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息的高頻段頻譜傳輸，為客戶的數(shù)據(jù)傳輸提供極致的速度體驗(yàn);第三，5G通過設(shè)備和基站內(nèi)的多根天線結(jié)合波束追蹤算法以及智能波束成型來提升5G毫米波的覆蓋范圍，進(jìn)而排除障礙物對(duì)信號(hào)的阻擋。

4 ? ? ?5G核心技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展

作為當(dāng)前世界范圍內(nèi)通信領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)之一，安卓系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)和平板電腦，安卓系統(tǒng)是一種基于Linux開發(fā)的操作系統(tǒng)，使用分層架構(gòu)，即：應(yīng)用層、框架層、執(zhí)行層和內(nèi)核層，5G核心技術(shù)通常應(yīng)用在系統(tǒng)的核心層，5G核心技術(shù)在滿足當(dāng)下安卓系統(tǒng)基本需求的同時(shí)，還能夠?yàn)橥ㄐ庞脩籼峁└颖憬莸姆?wù)，是未來通信領(lǐng)域發(fā)展的主要方向，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

4.1 ? 與安卓系統(tǒng)核心層進(jìn)行有效對(duì)接

在未來的通信應(yīng)用發(fā)展中，安卓系統(tǒng)通過自身系統(tǒng)的開源代碼將5G核心技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，使其核心技術(shù)能夠盡快適應(yīng)和接受系統(tǒng)，通過5G核心技術(shù)應(yīng)用后的安卓系統(tǒng)可以分為四種架構(gòu)，即：應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用程序框架層、運(yùn)行時(shí)層以及系統(tǒng)內(nèi)核層，四個(gè)部分可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性得到長(zhǎng)足的發(fā)展。此外，5G核心技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅改善安卓系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，通信傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率也與4G模式具有天壤之別。

4.2 ? 與拍照技術(shù)進(jìn)行有效對(duì)接

在未來移動(dòng)通信領(lǐng)域的發(fā)展中，手機(jī)的拍照技術(shù)是主要發(fā)展領(lǐng)域，通過5G核心技術(shù)的應(yīng)用，能夠加強(qiáng)手機(jī)攝影攝像方面的控制，光影的變化、動(dòng)態(tài)鏡頭的捕捉都會(huì)得到極大的改善，5G核心技術(shù)的應(yīng)用對(duì)照片的成像質(zhì)量有著質(zhì)的改變。此外，照片質(zhì)量的提升必然會(huì)造成照片存儲(chǔ)空間增大，5G核心技術(shù)的應(yīng)用極大地釋放了移動(dòng)設(shè)備的存儲(chǔ)空間并提升其存儲(chǔ)速率，使得移動(dòng)終端攝影攝像捕捉能力有了較大的提升。

4.3 ? 與云計(jì)算進(jìn)行有效對(duì)接

5G核心技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)數(shù)不勝數(shù)，其中最為突出的優(yōu)勢(shì)就是與云計(jì)算的有效對(duì)接。云計(jì)算是我國移動(dòng)通信未來發(fā)展的主要領(lǐng)域，5G核心技術(shù)與云計(jì)算的有效對(duì)接使得移動(dòng)通信呈現(xiàn)出不同的計(jì)算方式，進(jìn)而提升系統(tǒng)服務(wù)人們使用的質(zhì)量。此外，隨著人們生產(chǎn)和生活方式向移動(dòng)通信客戶端方向發(fā)展，5G核心技術(shù)的應(yīng)用范圍也將越來越廣泛，更多智能系統(tǒng)的發(fā)展將層出不窮，5G核心技術(shù)與云計(jì)算的有效對(duì)接使得整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向著低能耗網(wǎng)絡(luò)和高智能方向發(fā)展，用戶將體驗(yàn)到更加具體、完整和個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

5 ? ? ?結(jié) ? ?語

5G技術(shù)作為21世紀(jì)通信技術(shù)的主流技術(shù)必將改變我國各行各業(yè)的業(yè)務(wù)形態(tài)，是國家層面上的戰(zhàn)略發(fā)展技術(shù)，未來也會(huì)有越來越多的領(lǐng)域能夠應(yīng)用到5G技術(shù)。當(dāng)前我國的5G技術(shù)積累了一定的優(yōu)勢(shì)，但在多地址技術(shù)和無線技術(shù)等核心技術(shù)方面尚存在一定的不足。我國必須要加強(qiáng)對(duì)5G核心技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)支持，激勵(lì)創(chuàng)新，培養(yǎng)5G領(lǐng)域擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的龍頭企業(yè)，為掌握世界范圍內(nèi)的5G建設(shè)和產(chǎn)權(quán)化的主動(dòng)權(quán)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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