5G無線通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用探究

周 易 劉梅芳 李華鴻

三維通信股份有限公司 浙江 杭州310053

1 引言

在目前快速發(fā)展變化的網(wǎng)絡(luò)時代下,移動通信技術(shù)取得了突飛猛進的進步與發(fā)展變化,不僅每一代時間的更新時間變短,而且更快的通信技術(shù)的應(yīng)用,滿足人們追求高速網(wǎng)絡(luò)生活的需求,提升和改進人們的體驗。以目前網(wǎng)絡(luò)時代下主流的4G 技術(shù)為例,其應(yīng)用中的頻率過高并存在弱覆蓋等問題。而以我國的華為等企業(yè)為首所研發(fā)的5G 技術(shù)也逐漸成為新時代的主角,目前的5G網(wǎng)絡(luò)手機也在逐漸更新?lián)Q代,相應(yīng)的基站也在大規(guī)模建設(shè),更好地彌補4G通信技術(shù)的不足,解決覆蓋弱的問題,更是大大提升了運營速度。不僅在民用領(lǐng)域表現(xiàn)主顯著的優(yōu)勢,更是在軍事和醫(yī)學等領(lǐng)域中大放異彩,成為未來通信技術(shù)的發(fā)展重點。

2 簡述5 G通信技術(shù)

移動通信技術(shù)目前已經(jīng)經(jīng)歷了四代發(fā)展,逐漸從第四代向目前的5G 時代邁進,在以往的四次變革中,每一代的發(fā)展變化都表現(xiàn)出技術(shù)上的極大突破和進步,同時也表現(xiàn)出自身的獨有特點,但是每一代中也存在自身的缺陷和不足,在后續(xù)的更新中從技術(shù)層面上進行彌補和完善。比如在第一代中主要是初步嘗試模擬蜂窩技術(shù),而在第二代中則針對第一代模擬蜂窩技術(shù)中的TDMA和FDMA進行改進。在這兩代技術(shù)中主要以語音通信為主,到了第三代的CDMA技術(shù)時代,則可以支持寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),且在第四代中將此寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)勢發(fā)揮到的極致,同時也表現(xiàn)出,I MO 和OFDM 等特征。以目前網(wǎng)絡(luò)時代中的4G 主流技術(shù)為例,此通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率已經(jīng)達到了100 Mbit/s,甚至在靜止時還會達到1Gb/s的級別,可以滿足影響畫面清晰且不會產(chǎn)生停止抖動等問題。但是目前人們的生活質(zhì)量不斷提升,在全面進入網(wǎng)絡(luò)時代下,人們對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和下載等速率要求也不斷提高。以目前初露鋒芒的5G通信技術(shù)為例,其不僅實現(xiàn)了比4G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)速率提升1000倍的改進,可以在瞬間完成一部高清電影的下載,而且有利于構(gòu)建新型網(wǎng)絡(luò)社會,滿足目前數(shù)據(jù)時代下龐大的移動數(shù)據(jù)量傳輸和下載等需求,同時也降低了移動數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用的成本。在目前5G通信技術(shù)的高度發(fā)達時期,隨著此技術(shù)的不斷發(fā)展,表現(xiàn)出體驗對象和網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的顯著優(yōu)勢,但是也在穩(wěn)定性以及不同應(yīng)用場景下自由切換等問題。因此,在未來,更需要不斷提升5G通信技術(shù)的快捷性以及可發(fā)展性,邊切通過聯(lián)合不同制式和模式實現(xiàn)網(wǎng)上運作,同時降低壓縮網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建以及維護成本,不斷提升其應(yīng)用吐艷,時期更加靈活方便和全面覆蓋,共同創(chuàng)建更加友好、便捷的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3 分析5 G無線通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 目前5G無線通信技術(shù)在無線通信技術(shù)中所用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有以下幾種:一是自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù),也就是SON 技術(shù),屬于一種自動化的網(wǎng)絡(luò)運維技術(shù)。此技術(shù)的主要特點就是可以自動部署、自動配置以及自動優(yōu)化和治愈,可以解決原有無線通信技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)運維效率較低的問題,同時也降低網(wǎng)絡(luò)成本,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的擴大,提升通信質(zhì)量和容量。二是超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。隨著目前無線通信技術(shù)向更加智能化、多元化和綜合化方向的發(fā)展,在傳統(tǒng)的通信技術(shù)采取分裂小區(qū)的方法對小區(qū)半徑進行減小的方式,需要采取增加低功率節(jié)點數(shù)量的方式滿足更大的系統(tǒng)容量要求,但是這也會不斷增加部署的站點密度。為此,通過5G 通信技術(shù)的應(yīng)用則可以滿足上述站點密度的部署要求,可以部署目前站點密度10倍以上的無線節(jié)點。三是SDN/NFV。其中的SND就是軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù),其主要通過OpenFlow 技術(shù)的應(yīng)用來分離網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面板和數(shù)據(jù)面,使得網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可以進行編程。通過此技術(shù)的應(yīng)用還可以對未來網(wǎng)絡(luò)進行定義并且對網(wǎng)絡(luò)進行簡化。而通過NFV 技術(shù)的應(yīng)用則可以對網(wǎng)元設(shè)備結(jié)構(gòu)進行重新定義,通過耦合專業(yè)硬件,將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分離出來。將這兩中技術(shù)進行融合,可以發(fā)揮SDN 技術(shù)的優(yōu)勢來提升NFV 技術(shù)的兼容和便于操作的形勢,還可以通過NFV技術(shù)的應(yīng)用,發(fā)揮其虛擬化以及IT編排等技術(shù)優(yōu)勢,實現(xiàn)SDN技術(shù)靈活性的提升。

3.2 無線傳輸技術(shù) 此技術(shù)主要有全雙工技術(shù)以及新型多天線傳輸技術(shù)兩種,對于前者來說,也就是同時同頻的雙向通信技術(shù),基于此技術(shù),從理論上可以實現(xiàn)頻譜利用率提升一倍以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的拓寬,同時也使得頻譜的使用更為靈活便捷。此外,基于此技術(shù)也在推進器件技術(shù)以及信號處理技術(shù)的發(fā)展與成熟。對于后者來說,就是將MI MO 天線應(yīng)用在LTE和LTE-Advanced中并進行改進,但是在后者的應(yīng)用中沒有表現(xiàn)出良好的改進效果。因此也將有源天線技術(shù)引入其中,可以對小區(qū)基站開展大規(guī)模的MI MO部署,實現(xiàn)系統(tǒng)容量的提升,更好地滿足目前日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。

3.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 目前5G通信技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)表現(xiàn)出多種網(wǎng)絡(luò)以及多種通信方式并存的特點,同時也通過D2D網(wǎng)絡(luò)概念的提出,通過應(yīng)用D2D技術(shù)來緩解基站壓力,滿足日益增加的數(shù)據(jù)量和業(yè)務(wù)量需求。這主要由于此技術(shù)的應(yīng)用可以不需要基站轉(zhuǎn)接就可以進行數(shù)據(jù)交換并提供服務(wù),因此可以使得蜂窩網(wǎng)絡(luò)的壓力降低,并且有利于設(shè)施魯棒性的提升。在目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展形勢下,未來還可以實現(xiàn)機器之間的M2 M 通信,比如采用接入控制以及資源劃分等不同方案的應(yīng)用來滿足未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求。

3.4 云計算 在此5G技術(shù)中通過移動云計算技術(shù)的應(yīng)用,主要針對本地資源缺乏以及設(shè)備不足的問題,通過云端代替移動設(shè)備開展計算和數(shù)據(jù)處理,減少對設(shè)備的使用。同時也可以在分布式計算機中儲存數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序,避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等問題。在目前的5G技術(shù)發(fā)展中,萬物互聯(lián)服務(wù)的覆蓋規(guī)模在不斷擴大,而且也會存在多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)并存的局面,通過云端可以供不同移動設(shè)備利用不同的無線接入技術(shù)訪問云端中的數(shù)據(jù)信息等。

3.5 高兼容性 目前所發(fā)展和應(yīng)用的5G技術(shù)可以向下兼容原有的4G、3G和2G等通信協(xié)議,包括所有的應(yīng)用Wi-Fi以及藍牙等無線通信技術(shù)的平臺,表現(xiàn)出此通信平臺的高兼容性特點,通過此種資源整合解決方案的應(yīng)用,為運營設(shè)備提供更為強大的功能,更有助于實現(xiàn)開發(fā)和維護成本的降低。

3.6 情境感知技術(shù) 此技術(shù)是來自于普適計算的研究,也就是通過傳感器以及無線通信技術(shù)的應(yīng)用,可以使得目前人們常用的無線通信設(shè)備,比如手機等擁有情境感知的功能,結(jié)合5G技術(shù)的應(yīng)用則可以對這些智能終端等傳感器所收集的情境信息等進行分析,并且將更加合適和可靠的服務(wù)提供給用戶,也就是可以給予用戶更加便捷的網(wǎng)絡(luò)智能推送服務(wù)。

4 關(guān)于5 G無線通信技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代社會中移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸普及,智能終端設(shè)備的普及率也在逐漸提升,人們已經(jīng)享受到移動服務(wù)所帶來的便利,而社會的不斷發(fā)展變革也快速增加移動和無線流量,并且暴露出共享信息訪問過程中的效率以及安全等方面的問題。為了解決上述矛盾,目前發(fā)展起來的5 G通信技術(shù)則顯示出強大的優(yōu)勢,不僅可以實現(xiàn)人與人之間的基本通信,而且可以實現(xiàn)物與物之間的通信。雖然目前人們普遍應(yīng)用的4G 通信技術(shù)可以滿足人們?nèi)粘Ｓ^看高清視頻以及傳輸大數(shù)據(jù)等需求,但是5G 技術(shù)不僅下載速度大幅度提升,而且也在4 G業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上節(jié)省了存儲空間,并對安全服務(wù)進行進一步的優(yōu)化。在人們的日常生活中,通過5G技術(shù)的應(yīng)用可以隨意使用遠程監(jiān)控和視頻對話等功能,還可以應(yīng)用虛擬現(xiàn)實游戲等,網(wǎng)絡(luò)延時也會縮短到1 ms以內(nèi),便于目前自動駕駛以及電子醫(yī)療等行業(yè)的發(fā)展,提升自動駕駛車輛的安全性。尤其是在目前網(wǎng)絡(luò)用戶不斷增加的形勢,整個社會的用戶業(yè)務(wù)需求量激增,人們隨時隨地都需要保持通信,5G 幾乎的應(yīng)用可以滿足流量變遷、地域變換、延時可靠性等較高的服務(wù)標準要求,滿足廣大用戶的通信服務(wù)需求。未來,網(wǎng)絡(luò)連接會成為人與人以及物與物之間連接的主要方式,尤其是隨著目前大量商用智能設(shè)備的投入應(yīng)用以及智能家居和可以穿戴的設(shè)備的普及應(yīng)用,逐漸形成了更加開放和寬廣的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,使得目前網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)量猛增,在此背景下對5G技術(shù)的需求更為迫切。未來需要從全球統(tǒng)一的技術(shù)標準上進行進一步的發(fā)展以及技術(shù)方案上的突破,重點是對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及基站架構(gòu)等核心技術(shù)上的研發(fā),可以滿足進一步擴大移動互聯(lián)網(wǎng)范圍以及全面實現(xiàn)5G通訊網(wǎng)絡(luò)時代的發(fā)展要求。

5 結(jié)語

5G 無線通信技術(shù)與之前的通信技術(shù)相比,表現(xiàn)出無線信號覆蓋范圍廣、傳輸速率和吞吐效率高、無線通信網(wǎng)絡(luò)以及動態(tài)資源配置更為靈活等優(yōu)點,在未來大規(guī)模商用的過程中,由于相應(yīng)的技術(shù)標準還不夠統(tǒng)一以及其中的關(guān)鍵技術(shù)還沒有突破和掌握,還需要進一步加大研發(fā)力度并推動移動通信領(lǐng)域的變革與快速發(fā)展。