關(guān)于5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢探析

張志華，郭曉明

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)山西有限公司，山西 太原 030032）

科學(xué)技術(shù)水平的快速進(jìn)步，極大地促進(jìn)了移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，使之在短時(shí)間內(nèi)由2G、3G技術(shù)發(fā)展到了4G技術(shù)，提升了移動(dòng)通信用戶的實(shí)際應(yīng)用體驗(yàn)。但面對社會(huì)快速發(fā)展的需要，4G技術(shù)也開始表現(xiàn)出有心無力，所以5G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)也成為大勢所趨。

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)簡述

5G，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，其主要從第四代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展而來，當(dāng)前5G技術(shù)還存在一些缺陷，故并未在大范圍內(nèi)推廣。但不可否認(rèn)，其將會(huì)是今后幾年時(shí)間里移動(dòng)通信業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。未來，5G技術(shù)的頻譜利用率必定會(huì)越來越高，相較于4G技術(shù)其信息傳輸速度也會(huì)更快。不僅如此，其在傳輸失效、覆蓋性能以及用戶體驗(yàn)等方面的提升也會(huì)更大。同時(shí)5G技術(shù)還會(huì)與無線通信技術(shù)相融合，從而積極迎合人們的實(shí)際需求。

2 5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 高頻段的傳輸技術(shù)

目前，移動(dòng)通信技術(shù)的頻譜資源以變得十分擁擠，之所以出現(xiàn)這樣的情況，主要還是受過多頻段的影響，且多在3GHz中集中，但在高頻段中卻有很多可使用的資源，開發(fā)這部分資源，既可有效緩解使用資源緊缺的情況，數(shù)據(jù)也能更快的傳輸[1]。所以，這一技術(shù)對5G移動(dòng)技術(shù)至關(guān)重要，且其也會(huì)受到諸多因素的影響，如氣候環(huán)境、距離等，導(dǎo)致信號的穿透能力被弱化。因此，在技術(shù)的開展與研究過程中，要求監(jiān)測中心圍繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)展開深入研究，以堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)助推資源優(yōu)化配置效率提升。

2.2 大規(guī)模的MIMO技術(shù)

在促進(jìn)通信系統(tǒng)傳輸速率和頻譜效率提升方面，多天線技術(shù)發(fā)揮了重要作用，當(dāng)前已廣泛應(yīng)用于諸多無線通信系統(tǒng)中。MIMO具有較大的規(guī)模，基站需對大量的天線進(jìn)行配備，并在一個(gè)基站上集中配置這部分天線。此舉的可取之處是能夠?qū)臻g維度資源進(jìn)行深度挖掘，從而使頻譜效率大大提高；同時(shí)在一定范圍中集中波束，也可以使其免受諸多干擾；同時(shí)大大降低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)功率效率最佳化。另外，當(dāng)天線的大小與要求相一致時(shí)，其線性編碼與監(jiān)測均可以達(dá)到最好。正因如此，所以有效拓寬了大規(guī)模MIMO技術(shù)的使用范圍，借助現(xiàn)有信息，可以掌握天線數(shù)量與頻譜效率大小的密切聯(lián)系。

2.3 Device to Device(D2D)技術(shù)

Device to Device（D2D）通信屬于新型技術(shù)的一種，其經(jīng)系統(tǒng)控制，各終端可以通過復(fù)用小區(qū)資源直接通信，其對提高蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率、降低終端發(fā)射功率極為有利，進(jìn)而有效解決無線通信系統(tǒng)頻譜資源不足的問題。因?yàn)榫嚯x較短的時(shí)候進(jìn)行直接通信，信道質(zhì)量很高，D2D可將高數(shù)據(jù)速率、低時(shí)延以及低功耗實(shí)現(xiàn)；利用大范圍分布的終端，可將覆蓋有效改善；高效利用頻譜資源；支持靈活性更強(qiáng)的連接方法和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，促進(jìn)鏈路靈活性、網(wǎng)絡(luò)可靠性的顯著提升[2]?，F(xiàn)階段，D2D主要為廣播、組播和單播技術(shù)方案，今后將對包括D2D的中繼技術(shù)、多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等在內(nèi)的增強(qiáng)技術(shù)予以大力發(fā)展。

2.4 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

現(xiàn)階段，LTE接入網(wǎng)主要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)，把系統(tǒng)時(shí)延減小了，也最大化控制了維護(hù)、建網(wǎng)成本。在人們不斷改變網(wǎng)絡(luò)要求時(shí)，隨之形成了5G移動(dòng)通信中的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，進(jìn)而使今后可能產(chǎn)生的業(yè)務(wù)需要得到了滿足。在應(yīng)用此技術(shù)的過程中優(yōu)點(diǎn)較多，包括低時(shí)延、低成本等。今后，5G可能會(huì)采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)。其屬于綠色無線接入構(gòu)架，由三部分構(gòu)成，包括集中化處理、協(xié)作式無線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架。對成本較低的高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)予以運(yùn)用，無線領(lǐng)帶信號在集中化的遠(yuǎn)端天線間以及中心節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行傳輸，可以覆蓋的基站服務(wù)區(qū)域在一百個(gè)以上，覆蓋面積超過100km2。協(xié)同技術(shù)在C-RAN架構(gòu)中較為適用，以促進(jìn)頻譜效率的提升，并把功耗與干擾相應(yīng)降低。與此同時(shí)，其在動(dòng)態(tài)智能化組網(wǎng)中也比較適合采用，方便維護(hù)通信系統(tǒng)，把通信運(yùn)營成本有效降低。現(xiàn)階段，對于這一技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)放在了中控制、基帶池RRU接口定義等方面。

2.5 基于濾波器組的多載波技術(shù)

在5G系統(tǒng)中，基于濾波器組的多載波技術(shù)是至關(guān)重要的一項(xiàng)內(nèi)容，其可以高效處理5G系統(tǒng)以及頻譜效率中多徑衰落的現(xiàn)象[3]。FBMC是5G系統(tǒng)多載波方案中不可或缺的方式之一。就對FBMC技術(shù)而言，當(dāng)調(diào)制和設(shè)計(jì)的原型濾波器有所改變時(shí)，多載波的性能也會(huì)一并發(fā)生改變，為了符合需求的一個(gè)特定頻率的相應(yīng)特征，子信道的數(shù)量不能超過原型濾波器的長度，而要達(dá)到這一點(diǎn)難度很大，同時(shí)設(shè)備硬件的效果也和此情況有著極為密切的聯(lián)系。所以，在FBMC中最關(guān)鍵的就是將5G發(fā)展對濾波器組的要求解決好[3]。

2.6 直接通信技術(shù)

通過對5G移動(dòng)通信技術(shù)予以使用，可使不同設(shè)備之間的直接通信由理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，進(jìn)而把能耗和時(shí)延降低，使頻譜資源的作用得到更好的發(fā)揮，顯著提升5G通信效率和質(zhì)量。在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，若是想促進(jìn)數(shù)據(jù)流量有效提高，就必須利用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的形式。將5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量分布在熱點(diǎn)和室內(nèi)地區(qū)，促進(jìn)用戶性能增強(qiáng)，使網(wǎng)絡(luò)覆蓋率有效擴(kuò)大。目前，智能終端設(shè)備已進(jìn)入千家萬戶，用戶對數(shù)據(jù)流量的要求也越來越高。所以5G移動(dòng)通信就一定要借助超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。此技術(shù)的應(yīng)用，一方面能夠把系統(tǒng)的容量增加，另一方面也可將網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍擴(kuò)大，但同時(shí)也有諸多缺點(diǎn)存在，如當(dāng)范圍較小時(shí)，便極易受到干擾，不利于提升網(wǎng)絡(luò)能效[3]。

3 當(dāng)前5G移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢

3.1 5G要有明顯突破

現(xiàn)階段，隨著人們生活水平、生活質(zhì)量的不斷提高，讓5G移動(dòng)通信在通信技術(shù)中脫穎而出，其代表了新的移動(dòng)數(shù)據(jù)。同4G、3G、2G相比，5G的突破更大，不僅網(wǎng)絡(luò)速度會(huì)持續(xù)增加，且相關(guān)技術(shù)與器械也會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。在4G技術(shù)中用戶使用依然不斷發(fā)生問題，如信息數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量、傳輸?shù)陌踩缘取６谘邪l(fā)5G移動(dòng)通信時(shí)，就應(yīng)重視4G網(wǎng)絡(luò)問題并想法將其改變，以把技術(shù)化、先進(jìn)化特征更加明顯的移動(dòng)通信平臺建立起來。

3.2 5G移動(dòng)通信的傳輸效率高，范圍覆蓋廣

如今，快速發(fā)展的社會(huì)與互聯(lián)網(wǎng)無疑均為5G技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供了良好的先決條件。5G技術(shù)同3G、4G等移動(dòng)通信技術(shù)相比，其在信息數(shù)據(jù)傳輸方面具有更快的速率，可應(yīng)用于各類智能化產(chǎn)品中，快速的傳輸和處理數(shù)據(jù)、信息，讓現(xiàn)階段的諸多得到有效解決，如傳輸效率慢、數(shù)據(jù)信號不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)不安全等，把更好的體驗(yàn)感帶給用戶。與此同時(shí)，不斷提升的5G技術(shù)，在一定程度上也會(huì)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)體系，拓寬網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)影響。另外，還會(huì)增強(qiáng)人們在室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信號，為人們的生活和發(fā)展帶去極大的便利。5G移動(dòng)通信的發(fā)展，除了在技術(shù)上體現(xiàn)出來外，也會(huì)降低息技術(shù)的發(fā)展成本，將移動(dòng)通信的特點(diǎn)結(jié)合起來，建立健全通信管理質(zhì)量，把通信成本有效降低，進(jìn)而合理分配通信資源，減少一些無謂的時(shí)間、金錢及人力的損耗，促進(jìn)相關(guān)單位經(jīng)濟(jì)水平的顯著提升。

4 結(jié)束語

總而言之，5G移動(dòng)通信技術(shù)是未來通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。但其在發(fā)展與推廣的過程中難免會(huì)遇到諸多問題。而只要能夠?qū)^去的移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)予以吸收借鑒，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，對5G移動(dòng)通信中的重要技術(shù)展開深入探討和研究，就一定可以把技術(shù)難關(guān)一一攻克，順利發(fā)展與應(yīng)用5G移動(dòng)通信。