5G通訊網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性的優(yōu)化分析

孫益沛

【摘要】? ? 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，5G通信技術(shù)走入人們視野。5G通信技術(shù)有著高速率、低時延、低功耗的特點，能極大地方便人們的生活和工作。本文分析了5G通信網(wǎng)絡(luò)運用的四種關(guān)鍵技術(shù)：大規(guī)模多天線技術(shù)、多址接入技術(shù)、D2D通信技術(shù)和全雙工技術(shù)，并分析了影響5G通訊網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性的因素，最后提出了5G通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性優(yōu)化的建議。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G通訊? ? 通訊網(wǎng)絡(luò)? ? 數(shù)據(jù)傳輸可靠性

前言：

隨著我國通信技術(shù)的發(fā)展，移動通信技術(shù)從2G到3G，接著從3G到4G，再到如今的5G，通信技術(shù)發(fā)展日趨成熟，傳輸速度越來越快。4G通信技術(shù)的發(fā)展，給我們的生活帶來翻天覆地的變化，不論是在生活上的交流溝通以及工作上的信息傳遞上，還是在游戲影音等娛樂中都給人們帶來了非常大的便利。人們深刻認(rèn)識到了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的重要性，在4G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上開始研發(fā)傳輸速率更快的5G通信技術(shù)，為全世界的人們更好地服務(wù)，造福全世界的人們。目前我國5G技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，我國的通信業(yè)務(wù)在國際上占據(jù)了一定的5G技術(shù)優(yōu)勢。目前5G通信技術(shù)還在不斷地發(fā)展和完善中，如何保障5G通訊網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性是行業(yè)中一直以來重點關(guān)注和研究的問題。

一、5G技術(shù)的特點

5G的英文5th Generation Mobile Communication Technology的縮寫，其中文全稱是第五代通信技術(shù)。第五代通信技術(shù)是在前幾代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展起來的，4G的傳輸速度已經(jīng)很快了，但5G通訊技術(shù)的到來有可能實現(xiàn)萬物的連接和交互。理論上5G的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率可以達到最高每秒20Gb，在未來人們花費20秒的時間就可以完整地將一部高清電影下載下來，不僅可以大大方便人們的日常生活、工作和娛樂，還可以極大地促進科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，比如推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。5G通信技術(shù)具有高速率、低功耗、低時延的特點技術(shù)，可以有效地促進無人駕駛技術(shù)的發(fā)展。智能無人駕駛和一些智能自動化場景應(yīng)用，對實時性的要求很高，因為必須根據(jù)現(xiàn)場的情況，立刻做出反應(yīng)，如果行為延遲性太高，將會造成嚴(yán)重的后果。而5G通信技術(shù)的高速和低時延特性為無人駕駛的發(fā)展提供了助力。

5G通信技術(shù)與前幾代通信技術(shù)有了很大的不同，4G通信技術(shù)要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信必須依賴許多的大型基站建設(shè)基礎(chǔ)，因此在基站建設(shè)方面要投入大量的成本。5G利用的是（26.5～300GHZ）的毫米波頻段，毫米波的特點是頻率高、波長短，因此對無線尺寸的要求降低了，從而滿足了建設(shè)微型基站的標(biāo)準(zhǔn)。5G移動通信技術(shù)可以通過建設(shè)許多微型基站，來實現(xiàn)通信傳輸，對大型基站的依賴性會降低。運營商可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況科學(xué)合理地設(shè)立小基站，從而滿足當(dāng)?shù)氐耐ㄐ判枨蟆?G基站相比4G基站，可以接入更多用戶，支持更多用戶的通信傳輸，可以極大地提升通信網(wǎng)絡(luò)的容量。

二、5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)分析

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由多種無線傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，集合了前幾代通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢發(fā)展而來，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使圍統(tǒng)一個統(tǒng)一的，核心網(wǎng)絡(luò)，將大規(guī)模多天線網(wǎng)絡(luò)、傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)、可見光通信和無線局域網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)集合起來運用，從而實現(xiàn)高效率、低時延、低功耗的通信服務(wù)。

2.1大規(guī)模多天線技術(shù)

大規(guī)模多天線技術(shù)第一次被提出來，是在2010年Thomas的《無線通信》中，其是一種多輸入多輸出的通信技術(shù)。綜合來看，在5G通信網(wǎng)絡(luò)中運用大規(guī)模多天線技術(shù)具有下面幾點優(yōu)勢：1.大規(guī)模多天線技術(shù)不需要基站分裂就能深入挖掘空間資源，提高了空間分辨率。2.可以減少干擾，波束能量更集中。在短距離的網(wǎng)絡(luò)傳輸中，結(jié)合波束賦形技術(shù)和毫米波的頻段，可以實現(xiàn)特定群體或某一方向的高速傳輸。3.大規(guī)模多天線技術(shù)的性能是單一天線系統(tǒng)無法比擬的，不論是從時間角度、空間角度還是頻域上，其效率和利用率都有了很大的提高。由于大規(guī)模多天線技術(shù)具有上述這些優(yōu)勢，因此大規(guī)模多天線技術(shù)成為5G通信技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著人類的生活水平的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的提高，一些傳統(tǒng)的通信技術(shù)已經(jīng)不能滿足愈來愈大的通信需求了，而大規(guī)模多天線技術(shù)則可以極大地提高通信網(wǎng)絡(luò)的容量，因此其在5G通信中得到了應(yīng)用。

2.2多址接入技術(shù)

移動通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一就是多址技術(shù)，回顧2G、3G、4G等前幾代通信技術(shù)的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)每一代的移動通信技術(shù)在多址技術(shù)上都有了突破性的變化。1G采用的是頻分多址技術(shù)，其特點是一個一個用戶占一個信道。2G采用的是時分多址技術(shù)，其特性是同一頻率可以被不同的用戶在不同的時間段使用，實現(xiàn)了多用戶的共享。后來發(fā)展的3G、4G多址技術(shù)都有所不同，3G采用的是CDMA，4G則是OFDMA。5G通信技術(shù)則有了更大的發(fā)展，目前5G的多址技術(shù)則包括華為SCMA技術(shù)、大唐的PDMA技術(shù)、日本的NOMA技術(shù)以及中興的MUSA技術(shù)等，而且還能支持原來的OFDMA技術(shù)。5G通信中的多址技術(shù)使通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以同時接入大量的用戶數(shù)量，并且通信傳輸速率更高、時延更低。

2.3 D2D通信技術(shù)

D2D通信技術(shù)即一種終端設(shè)備與另一種終端設(shè)備可以直接通信，且無需其他設(shè)備作為中間物的通信技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)時代，各種智能設(shè)備越來越多，許多智能終端設(shè)備都實現(xiàn)了無線通信功能，而且可以預(yù)見，隨著信息技術(shù)的進一步發(fā)展，未來的時代將會實現(xiàn)萬物直接互聯(lián)、萬物直接通信的場景。比如無人駕駛技術(shù)中V2V（車對車）通信技術(shù)就是在D2D通信基礎(chǔ)上發(fā)展而來的近距離通信技術(shù)，其可以實現(xiàn)車輛之間的通信交流，使一輛汽車周圍的汽車可以獲取其位置、行駛速度、車況等信息從而繪制周圍的車輛行駛環(huán)境圖，有效避免車輛發(fā)生碰撞，提高無人駕駛的安全性。D2D通信技術(shù)因其高效、低時延和高可靠性的特點，因此也是5G通信技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.4全雙工技術(shù)

該技術(shù)實現(xiàn)了雙向通信，可以使通信的接收和發(fā)送工作可以同時進行，而且是在同一頻率上，這是5G通信技術(shù)能實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)高速度同時傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一，有效地提高了頻譜的利用效率。當(dāng)然，它也存在一定的問題需要解決，因為同頻信號是容易受到干擾的，會對信號產(chǎn)生影響，因此還要加強對消除干擾的相關(guān)技術(shù)研究。

三、影響5G通訊網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性的因素分析

3.1 5G通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂綋p耗

5G通信技術(shù)使用的是毫米波頻段，頻率很高，但其在空氣中傳輸時衰減程度很大。而且5G通信技術(shù)要服務(wù)于生活在城市中的人們，城市中存在有許多的高大建筑物，鋼筋水泥到處都是，毫米波本身的穿透性是比較差的，建筑物會影響其穿透性。另外高頻段的毫米波在經(jīng)過多次反射之后，毫米波的能量受到大量的衰減，從而影響到信號的傳輸，這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)要采用建立許多小基站的方式，加強通信傳輸?shù)馁|(zhì)量。

3.2數(shù)據(jù)傳輸覆蓋范圍影響

5G通信技術(shù)采用的是高頻段，在空氣中傳播時能量損耗很大，也意味著其數(shù)據(jù)傳輸?shù)母采w范圍有限。一方面5G通信技術(shù)使用高頻段的毫米波提高了傳輸速率，由于波長短，天線尺寸相比4G的要小很多，因此可以通過建立許多小型基站并且集中設(shè)置更多天線，來提高數(shù)據(jù)傳輸范圍和數(shù)據(jù)傳輸能力。另一方面由于其頻率高，因此在傳輸過程中受外界影響也很大，比如它能被雨水吸收，其他障礙物也會使它的能量不斷衰減。因此在研究5G通信技術(shù)時，需要關(guān)注這些方面的影響，努力攻克這些問題。

3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩蛩?/p>

毋庸置疑，5G通信技術(shù)將極大地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托?，促進相關(guān)行業(yè)的發(fā)展以及方便人們的網(wǎng)絡(luò)活動，但伴隨著數(shù)據(jù)傳輸速度的提升，其安全問題也是一個非常值得重視的問題。任何技術(shù)的可靠性一定是包括安全性在內(nèi)的，保證5G通信中的數(shù)據(jù)傳輸安全對5G通信的進一步發(fā)展具有重要的意義?；ヂ?lián)網(wǎng)時代，由于網(wǎng)絡(luò)的共享和開放性，網(wǎng)絡(luò)通信是很容易受到不法分子的攻擊的，網(wǎng)絡(luò)通信將時刻面臨風(fēng)險，比如非法訪問、惡意毀壞設(shè)備、惡意篡改數(shù)據(jù)等。因此，在建設(shè)5G通信網(wǎng)絡(luò)的同時，也要重視相應(yīng)安全防護體系的建設(shè)，避免不法分子通過利用網(wǎng)絡(luò)病毒等侵入系統(tǒng)漏洞，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?shù)據(jù)安全防護體系的建設(shè)，需要大量的專業(yè)技術(shù)人員對其進行維護，通過建立完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一體化平臺監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，在發(fā)生安全問題時，系統(tǒng)能立刻發(fā)出預(yù)警信息，由專業(yè)技術(shù)人員及時對問題進行處理，從而保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。另一方面，通信行業(yè)也要不斷加強對5G通信技術(shù)的研究和創(chuàng)新，從而真正實現(xiàn)高速率、低時延、低功耗和高可靠性的5G通信系統(tǒng)。

四、5G通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性優(yōu)化

在客戶需求個性化、多元化的時代，終端設(shè)備的接入數(shù)量越來越多，而且接入種類也越來越多，這對5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了更高的要求。優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允紫瓤梢詮膬?yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)入手，從底層架構(gòu)上保證其高性能和安全性。

其次，可以從數(shù)據(jù)接收、傳輸和處理的流程上入手，不斷優(yōu)化流程，不斷利用新技術(shù)提高每個環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的損耗，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。再次，可以通過分配更多的頻譜，挖掘更多的頻譜資源，提高5G的傳輸覆蓋范圍。然后，還可以對5G通信中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，進行進一步的研究，突破其局限性，盡可能地將存在的優(yōu)勢發(fā)揮到最大。另外，可以加強數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆雷o體系建設(shè)，建立完善的數(shù)據(jù)傳輸防護體系，防止非法入侵、漏洞攻擊等安全問題的發(fā)生，避免通信過程中系統(tǒng)出現(xiàn)安全隱患，保障通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定。

最后，通信行業(yè)人才的培養(yǎng)仍然是重中之重，技術(shù)的發(fā)展的突破離不開高科技人才，美國之所以如此強大可以說依靠的是吸引大量的國外高科技人才移民，進而推動其科技技術(shù)的發(fā)展。提高5G通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕切枰S多專業(yè)技術(shù)人員共同努力，各通信企業(yè)應(yīng)該重視對通信技術(shù)人才的培養(yǎng)，提升人才質(zhì)量。

五、結(jié)束語

目前我國的5G通信技術(shù)走在了世界的前列，比如華為5G的技術(shù)已經(jīng)走向了國外，得到了許多國家的認(rèn)同。但目前我國5G通信技術(shù)還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，5G通訊網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性還存在有一定的問題，還需要進一步的加強研究。各大運營商和通信企業(yè)也要加強合作，對5G通訊網(wǎng)絡(luò)進行進一步完善和優(yōu)化，提高5G通訊網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

參? 考? 文? 獻

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