5G無線通信技術(shù)與未來發(fā)展趨勢研究

趙時遂

【摘要】科學(xué)技術(shù)水平不斷創(chuàng)新與發(fā)展，帶動通信技術(shù)飛躍式發(fā)展，對社會生產(chǎn)、生活帶去了巨大改變?；谕ㄐ偶夹g(shù)發(fā)展下，5G網(wǎng)絡(luò)研究與5G工程建設(shè)逐步發(fā)展起來，5G無線通信技術(shù)具有高速率，低時延，大容量等優(yōu)勢，對各個行業(yè)發(fā)展起到了重要影響，為此，我國也提高了對冶金工程建設(shè)引入5G無線通信技術(shù)的重視，并加快對其技術(shù)方面以及應(yīng)用方面的研究。希望在未來可以將5G技術(shù)普及到日常生活中，推動社會進(jìn)入新的篇章。

【關(guān)鍵詞】5G無線通信技術(shù);未來發(fā)展

中圖分類號：G212 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.01.102

移動通信技術(shù)的廣泛普及，最終將促使5G無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，雖然當(dāng)前依舊是4G網(wǎng)絡(luò)運營的時代，但5G無線通信也已經(jīng)得到了逐步推廣，相比于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的速度和性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于4G，特別是在不同物聯(lián)網(wǎng)以及智能家居產(chǎn)品的使用中，5G無線通信網(wǎng)有著更多的優(yōu)勢，基于此，針對5G通信場景需求進(jìn)行分析了解，提出5G技術(shù)演進(jìn)路線和發(fā)展方向，旨在為推動我國5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向著良好的方向發(fā)展。

1. 5G無線通信技術(shù)的概念

1.1 5G無線通信技術(shù)

5G無線通信工藝技術(shù)系統(tǒng)是我國無線通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)的一次升級和重大改造，其中的各項藝術(shù)技能系統(tǒng)實現(xiàn)重大優(yōu)化，不斷為廣大用戶廠商提供優(yōu)質(zhì)便捷的通訊服務(wù)。與之前的4G進(jìn)行比較，5G級的無線通信系統(tǒng)技術(shù)不僅完全繼承了這些通信技術(shù)的諸多優(yōu)點，而且對一些先進(jìn)的通信技術(shù)可以進(jìn)行測試使用，實現(xiàn)這些技術(shù)的不斷完善性，進(jìn)行測試運行之后技術(shù)會具有一定的行業(yè)市場前景。在現(xiàn)階段的5G通信技術(shù)中主要廣泛使用的通信技術(shù)主要是無線納米技術(shù)、隱私性和保密通信技術(shù)等，同時5G技術(shù)無線通信保密技術(shù)更加十分重視隱私性和網(wǎng)絡(luò)安全性，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)通信速度的大幅提升，而且大大降低了網(wǎng)絡(luò)資源的大量消耗。

1.2 超密集異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

HetNet（異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)）是指在宏蜂窩覆蓋范圍內(nèi)部署低功率節(jié)點，通過“多樣化的設(shè)備形態(tài)、差異化的覆蓋方案、多頻段組網(wǎng)方式”等實現(xiàn)分層立體網(wǎng)絡(luò)。近年來，隨著科技的進(jìn)步，集成電路產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，通信設(shè)備和用戶終端的性能得到了極大的提升。通信技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用日益廣泛，居民生活中已經(jīng)運用無線接入技術(shù)來滿足自身的信息獲取需求。在5G時代，移動通信網(wǎng)絡(luò)將是一種基于宏基站、微站與室分分層實現(xiàn)信號覆蓋的集Wi-Fi（無線連接）、5G、LTE（長期演進(jìn)）等多種網(wǎng)絡(luò)制式于一身的多元化超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。為了實現(xiàn)負(fù)載均衡轉(zhuǎn)移、提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及彌補單一宏基站覆蓋導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)空洞，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中融合了多個發(fā)射功率不同的節(jié)點。微站和室分針對熱點和盲點區(qū)域，進(jìn)行補充覆蓋，兼顧網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量。由于傳統(tǒng)接入節(jié)點所具有的選擇機制并不能滿足多元通信制式的異構(gòu)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，因此急需對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的最優(yōu)接入選擇進(jìn)行研究，如覆蓋范圍擴展機制、垂直切換機制等，其本質(zhì)都是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜特點，在保證負(fù)載均衡和QoS（服務(wù)質(zhì)量）需求的基礎(chǔ)上，找到一個平衡點，最大效率使用網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)一步實現(xiàn)降本增效。

1.3 軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)軟件的定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是從Internet呈現(xiàn)的一種新技術(shù)。使用傳統(tǒng)的Internet體系結(jié)構(gòu)，必須將控制和傳輸集成在一起，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接節(jié)點，并在本地進(jìn)行傳輸控制?？刂乒δ芴貏e繁瑣，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的立異也特別繁雜。為了處理這個問題，斯坦福大學(xué)的研究人員提出了軟件定義網(wǎng)絡(luò)的觀點?；舅枷胧侵醒肟刂破魍ㄟ^軟件來控制路由器的路由決策等功能?？丶c變速器的分離使控件更加靈活，設(shè)備更容易使用。在軟件定義的網(wǎng)絡(luò)中，將應(yīng)用層，控制層和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層分為控制層，這些控制層通過接口與接口層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交互，以控制接口的節(jié)點。因此，在這樣的體系結(jié)構(gòu)中，路由由控制器定義而不是分布式的。自從引入軟件定義的網(wǎng)絡(luò)以來，所有實驗室都具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口，研究和測試基本技術(shù)，并且某些制造商也在提出解決方案。

1.4 超密集異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

實現(xiàn)無縫覆蓋的另一個有效部署超密集異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，但由于密集部署的不同類型基站覆蓋范圍及服務(wù)能力各不相同，合理的用戶關(guān)聯(lián)策略顯得至關(guān)重要。Zhang等考慮了最大平均接收功率關(guān)聯(lián)策略下的基站部署與能量效率的關(guān)系。Saha等基于最大信號干擾比關(guān)聯(lián)策略開發(fā)了用戶基站統(tǒng)一框架。Saha等考慮了最大功率關(guān)聯(lián)，提供了該策略下的典型用戶覆蓋概率的精確表達(dá)式。Afshang等則研究了基于最近基站關(guān)聯(lián)策略下，基站的關(guān)聯(lián)概率和覆蓋概率。

2. 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 5G網(wǎng)絡(luò)的運行速度更快

所謂的5G網(wǎng)絡(luò)，簡單來說就是指移動通信技術(shù)發(fā)展中的第五代網(wǎng)絡(luò)。與以往運行的前四代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比較，5G網(wǎng)絡(luò)有著更強大的功能。首先，它的傳輸速度明顯比從前更快，在理論上甚至可以達(dá)到數(shù)10GB，是4G網(wǎng)絡(luò)運行速度的幾百倍。這樣的上網(wǎng)速度，將會給客戶帶來前所未有的網(wǎng)上沖浪體驗。另外，5G網(wǎng)絡(luò)的通信延時比較短，只有約1ms。非常適合對于精度要求比較高的遠(yuǎn)程控制機械，例如車輛自動駕駛、電子醫(yī)療等等。當(dāng)然，5G技術(shù)的具體應(yīng)用，還需要以原有的4G技術(shù)的優(yōu)勢作為基礎(chǔ)，再配合現(xiàn)在的最新技術(shù)，才能夠達(dá)到最大程度完善自身效果的目的。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋面更廣

與以往的4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比較，5G無線網(wǎng)絡(luò)整合了包括4G技術(shù)在內(nèi)的各個階段的科技資源，在汲取其技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，還另外融入了最新的現(xiàn)代通訊技術(shù)，使其覆蓋范圍變得更加廣闊。而且，由于其智能化的運行方式，對于從前4G時代一些偏僻的所謂網(wǎng)絡(luò)死角，5G技術(shù)也能夠毫不費力地攻克。并且無論是處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，還是處于氣候惡劣的天氣之下，都能確保網(wǎng)絡(luò)的暢通和穩(wěn)定。這種先進(jìn)的通訊科技，受到廣大消費者的喜愛和歡迎。為此，我們應(yīng)該在現(xiàn)有4G流量的正常運行基礎(chǔ)上，積極推動5G技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，從而能夠使更多的移動通信用戶，早日享受到更全面，更優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。

2.3 5G網(wǎng)絡(luò)安全性能更高

網(wǎng)絡(luò)安全，從互聯(lián)網(wǎng)的最初成型發(fā)展至今，一直都是一個無法繞過的問題。眾所周知，如果沒有一個安全的運行系統(tǒng)，我們的網(wǎng)絡(luò)信息就隨時都有被泄露的風(fēng)險，甚至整個網(wǎng)絡(luò)都要背負(fù)著隨時癱瘓的危險。5G網(wǎng)絡(luò)由于其運行速度更快，覆蓋面更廣，所以，其包含的信息內(nèi)容也就更大。為此，我們必須用更謹(jǐn)慎的態(tài)度來面對它的安全性能問題。基于此，相關(guān)技術(shù)人員在目前的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，使用了更先進(jìn)的納米技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)的保密性能得到顯著的提升。此外，由于5G網(wǎng)絡(luò)的高效傳輸性能，在運行過程中，所浪費的能量降到了最低，這就有效地減少了信息傳遞過程中可能出現(xiàn)的一些問題，從而更好地保障了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)運行中的安全性。目前來說，5G網(wǎng)絡(luò)仍然是屬于一種新型的技術(shù)產(chǎn)品。由于其對于所配套的通訊設(shè)備的性能要求也比較高，所以短時間內(nèi)仍然無法得到廣泛地普及。這就要求相關(guān)技術(shù)工作人員，仍需抓緊時間進(jìn)行更深入的開發(fā)與研究，爭取早日研制成功更成熟的通訊技術(shù)，以便能夠給客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2.4 低功耗

由于無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)速率也得到了大幅度提高，因此相關(guān)設(shè)備的功耗也變得越來越高。站在功耗的角度而言，降低功耗是無線通信技術(shù)需要解決的問題之一，所以5G技術(shù)的發(fā)展，就必須降低功耗問題，而低功耗主要采用兩種技術(shù)手段可以實現(xiàn)，分別是美國高通主導(dǎo)的eMTC和華為主導(dǎo)的NB-loT。我們以華為的NB-loT為例，NB-loT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，只需要消耗180KHz的寬帶，才可以部署GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)和LET網(wǎng)絡(luò)，但是NB-loT不需要像5G核心技術(shù)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)那樣，因此NB-loT可以大幅度降低功耗。由于5G無線通信可以滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景低功耗的要求，所以NB-loT是未來5G無線通信網(wǎng)絡(luò)體系的重要組成部分。

3. 5G無線通信技術(shù)的具體應(yīng)用

安卓軟件系統(tǒng)操作是比較重要的操作技術(shù)，其以一個開放式的源代碼和Linux作為理論基礎(chǔ)和技術(shù)依托，該操作系統(tǒng)幾乎是所有操作系統(tǒng)技術(shù)中的一種，主要廣泛使用在智能平板筆記電腦和移動智能手機中。安卓操作系統(tǒng)主要軟件使用的都是分層系統(tǒng)架構(gòu)，按照功能高低級別可以將其分為四個基本層次，其分別為系統(tǒng)應(yīng)用程序管理層、框架管理層、運行管理層和系統(tǒng)內(nèi)核管理層等。在這種分層計算架構(gòu)中，5G級和納米級的核心技術(shù)主要用于使用在四個不同層次架構(gòu)中的一個內(nèi)核物理層，能夠輕松實現(xiàn)在目前沒有任何安卓層的基礎(chǔ)之上同時實現(xiàn)云端文件和移動硬件的無縫驅(qū)動和與系統(tǒng)的無縫聯(lián)合。使用5G的云技術(shù)不僅希望能夠直接實現(xiàn)高速無線數(shù)據(jù)傳輸，同時還希望能通過實現(xiàn)云端對儲存端和移動終端的數(shù)據(jù)同步進(jìn)行軟件數(shù)據(jù)驅(qū)動，進(jìn)而不斷擴大縮小對云儲存終端數(shù)據(jù)的存儲空間的減小，不僅如此，還希望能通過實現(xiàn)大大提升傳統(tǒng)軟件驅(qū)動裝置的功能多樣性和功能豐富性。此外，安卓操作系統(tǒng)中還具有自身的諸多優(yōu)點，如數(shù)據(jù)開放性強的個殊特點，這種特殊情況的不斷出現(xiàn)給用戶數(shù)據(jù)的開放安全性使用帶來一定的心理考驗和技術(shù)挑戰(zhàn)。使用5G量子通信加密技術(shù)系統(tǒng)中的量子納米技術(shù)系統(tǒng)能夠輕松實現(xiàn)對安卓通信的遠(yuǎn)程加密，使用基于量子通信密碼的其他相關(guān)加密技術(shù)能夠減少在安卓通信中可能出現(xiàn)密碼錯誤的種種可能性，進(jìn)而不斷提升實現(xiàn)安卓系統(tǒng)的通信安全性。

4. 結(jié)束語

本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展規(guī)律以及技術(shù)特性，結(jié)合一定的案例分析得出一定普適性的結(jié)論，并為5G時代下物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展策略的制定提出了一種方法論框架。總體來說，5G技術(shù)的進(jìn)一步完善為當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展提供了較多的可能性。融合5G技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)將不同的終端設(shè)備進(jìn)行有效的連接，來構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，最終形成全新的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)鏈，極大地改變了當(dāng)前人們傳統(tǒng)的生活方式，同時也促進(jìn)了各行各業(yè)的快速發(fā)展，為我國經(jīng)濟建設(shè)提供相應(yīng)的動力，具備跨時代的意義。

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