5G通信網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展前景探析

■ 中國(guó)鐵塔股份有限公司三亞市分公司：黃新武

與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比，5G網(wǎng)絡(luò)具有多方面應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，傳輸效率更快，延遲更低，滿足人們生活中各種網(wǎng)絡(luò)需求。不過(guò)在具體建設(shè)過(guò)程中，存在諸多難點(diǎn)。因此需要對(duì)此深入探究，采取針對(duì)性的解決策略，保障5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的順利完成，在大規(guī)模的普及應(yīng)用下，滿足人們信息通信需求，提升人們生活幸福感。

1.5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容概述

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為第五代通信技術(shù)，是在前幾代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷加以改善、創(chuàng)新形成的多功能、高效率的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)在全球化的背景下逐漸呈現(xiàn)落后狀態(tài)，大數(shù)據(jù)與綜合技術(shù)分析無(wú)法滿足移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求，5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)此加以創(chuàng)新，滿足以上需求外，還能夠降低延遲性、耗能性，保障大范圍設(shè)備關(guān)聯(lián)性等諸多性能，并完善傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局發(fā)生的各種問題，提升通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推動(dòng)下，降低了人與人之間的距離，讓人們使用更短的時(shí)間得到雙方需要的數(shù)據(jù)信息，全面發(fā)揮出萬(wàn)物互聯(lián)的重要作用。

傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)只有寬帶連接等等幾個(gè)環(huán)節(jié)，極具局限性，無(wú)法滿足當(dāng)前社會(huì)中諸多的應(yīng)用型場(chǎng)景的特殊需求，需要在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，進(jìn)而滿足各類需求。而在5G網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)交互、智能化傳輸、場(chǎng)景轉(zhuǎn)變等多個(gè)領(lǐng)域完善，極大地增強(qiáng)了各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用效率。此外，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有超大的網(wǎng)絡(luò)容量，可以保障上億臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)高效連接，并且讓沒帶計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。其中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸峰值在新技術(shù)的應(yīng)用下發(fā)生轉(zhuǎn)變，能夠更好地滿足當(dāng)前階段的社會(huì)發(fā)展需求。

2.5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 更高的網(wǎng)絡(luò)通信速率

針對(duì)于5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所進(jìn)行的研究是以4G技術(shù)為基礎(chǔ)而開展的，在近幾年發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，我國(guó)4G技術(shù)逐漸走向成熟，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮了巨大作用。所以，在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展上，我國(guó)有著比較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與發(fā)展提供了良好條件。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，社會(huì)生活的節(jié)奏相較于以往變得更快，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)于技術(shù)的要求集中表現(xiàn)在了速率的提高上。造成這種情況的原因就是雖然4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的速率和以往相比有了明顯提高，但依然還是無(wú)法滿足當(dāng)前用戶越來(lái)越高的需求。用戶在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，很多情況下都是于低信道頻段當(dāng)中進(jìn)行的，雖然可以確保傳輸?shù)馁|(zhì)量，同時(shí)也無(wú)需運(yùn)營(yíng)商耗費(fèi)太多的成本用來(lái)對(duì)基站進(jìn)行建設(shè)。但就實(shí)際來(lái)看，低頻資源的有限性將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)用戶的接入造成很大的限制，不能夠給更多的用戶提供接入服務(wù)。和國(guó)外不同的是，在我國(guó)，資源頻段基本都是通過(guò)政府來(lái)分配的，而國(guó)外則需要由競(jìng)爭(zhēng)來(lái)獲取。所以，當(dāng)前我國(guó)所存在的一個(gè)問題就是對(duì)于低頻資源的分配沒有太多市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)規(guī)律的主導(dǎo)，這就對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展造成了很大影響?，F(xiàn)階段，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的載波頻率基本都在20MHz左右，在進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，大都采用了多載撥碼分多址技術(shù)，以做到對(duì)眾多載波的聚合，使傳輸?shù)乃俾首兊酶??；谶@樣的情況，在研發(fā)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中，同樣需要對(duì)高頻資源引起重視，盡可能的加強(qiáng)傳輸?shù)乃俾?，這也是MMO系統(tǒng)被提出與發(fā)展的重要基礎(chǔ)，通過(guò)高頻段資源來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的傳輸，就可以由波長(zhǎng)較短而使天線的長(zhǎng)度變短，這就可以減少對(duì)天線間距離方面所提出的要求，以使得基站能夠?qū)崿F(xiàn)集成天線的相關(guān)設(shè)計(jì)。

2.2 更大的容量

在物聯(lián)網(wǎng)的概念被提出以后，社會(huì)當(dāng)中的各個(gè)領(lǐng)域都對(duì)其予以了高度的關(guān)注，但就目前來(lái)看，它的發(fā)展還存在一定的不足，還有著很大的發(fā)展空間，這是因?yàn)樵谝苿?dòng)終端的能耗和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋等方面都有著一定的限制而造成的，這就致使互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)下的應(yīng)用領(lǐng)域還有一定的局限?？紤]到終端方面的功耗問題是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在影響的一個(gè)關(guān)鍵因素，所以，必須要盡可能的解決功耗方面所存在的問題。主要是因?yàn)榻K端在接入網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程當(dāng)中，將涉及到眾多節(jié)點(diǎn)，但部分終端在進(jìn)行使用時(shí)沒有能夠二次充電的環(huán)境，所以，通常都僅僅是通過(guò)自身的電池來(lái)維持服務(wù)。為使此方面的問題得到解決，3GPP曾通過(guò)窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)控制終端使用的功率，減小網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，并使得信號(hào)發(fā)射的功率變低，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的節(jié)省。雖然使得物聯(lián)網(wǎng)終端的實(shí)時(shí)性變得更低，但不會(huì)對(duì)它的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)太大影響。所以，針對(duì)5G技術(shù)所進(jìn)行的研究，就需要對(duì)此方面的成果予以關(guān)注，同時(shí)將此當(dāng)作基礎(chǔ)來(lái)達(dá)到節(jié)能省電的目的。

2.3 更低的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)延遲

在使用了LTE網(wǎng)絡(luò)以后，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的延遲減小到了不到100ms，這就給網(wǎng)絡(luò)用戶提供了質(zhì)量更好的網(wǎng)絡(luò)連接體驗(yàn)，大大減小了網(wǎng)絡(luò)延遲對(duì)于用戶滿意度所造成的影響。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，在使用LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，使網(wǎng)絡(luò)的延遲得到進(jìn)一步的減小，從而給移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供更好的條件。因?yàn)長(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個(gè)TTI為1ms，而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在對(duì)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，通常是利用對(duì)所有子幀時(shí)域的縮短來(lái)實(shí)現(xiàn)物理上時(shí)延的降低。在實(shí)際應(yīng)用中，5G網(wǎng)絡(luò)端到端的時(shí)延可以減小到4G網(wǎng)絡(luò)的十分之一，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的時(shí)延，可在450Km/h高速環(huán)境下做到穩(wěn)定通信。

3.面向5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 毫米波通信

毫米波的理論及技術(shù)分別是微波向高頻的延伸及光波向低頻的發(fā)展。當(dāng)下世界上使用的頻段資源都是比較稀缺的，所采用的無(wú)線電信系統(tǒng)的頻譜大都不超過(guò)6GHz，而在毫米波頻段當(dāng)中的資源卻很多，還沒有得到真正充分的開發(fā)與利用。所以5G會(huì)在9.9GHz~86GHz的范圍內(nèi)進(jìn)行全新的RAT技術(shù)研究，基于LTE技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)廣域覆蓋的相關(guān)研究。9.9GHz~86GHz主要是作為超密集網(wǎng)絡(luò)，因此UDN層與LTE層是重疊覆蓋的，同時(shí)互操作耦合。伴隨著基站天線規(guī)模的不斷提高，可以在有限的空間當(dāng)中部署更多天線也要求通線波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)?shù)玫娇刂?。在現(xiàn)階段，來(lái)自我國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室在毫米波波段當(dāng)中對(duì)大規(guī)模MIMO技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用，不但使容量得到了很大的改善，還提高了相關(guān)的效率。借助于峰值傳輸效率為50Gbps的原型機(jī)，貝爾實(shí)驗(yàn)是中國(guó)在28GHz毫米波頻段當(dāng)中達(dá)到了100bps/Hz的頻譜效率，它的傳輸效率能夠使用戶更加快捷的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行下載，只要幾秒就能夠?qū)崿F(xiàn)上百兆的數(shù)據(jù)傳輸。毫米波段通信技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展為今后可觸式互聯(lián)網(wǎng)、低時(shí)延性虛擬現(xiàn)實(shí)和3D等的應(yīng)用及研究提供了全新的方向。

3.2 空口技術(shù)

相較于4G無(wú)線通信系統(tǒng)，5G無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度和數(shù)據(jù)使用靈活性均較高的原因在于其應(yīng)用了空口技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)不僅能帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞速度為1G/s的寬帶，從而給用戶提供方便快捷的通信傳輸服務(wù)，而且還能與傳感器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，從而有效擴(kuò)大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的覆蓋面。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，5G空口技術(shù)又可細(xì)分為高頻新空口技術(shù)和低頻新空口技術(shù)。其中，高頻新空口技術(shù)主要是采用超大帶寬信道和高密度部署，能有效提高無(wú)線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)流量密度，主要被應(yīng)用于信號(hào)指向性強(qiáng)、覆蓋面積小、高容量、高熱點(diǎn)的通信場(chǎng)景中；低頻新空口技術(shù)則整合了大規(guī)模多天線陣列、調(diào)制編碼和新型多址技術(shù)，可適用于覆蓋面積廣泛、高連續(xù)性、低時(shí)延和熱點(diǎn)高容量額度通信場(chǎng)景中，能有效保障無(wú)線通信的可靠性。

3.3 異構(gòu)無(wú)線通信技術(shù)

第一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)至第三代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)均采用的是單層蜂窩網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)形式難以實(shí)現(xiàn)多樣化通信要求，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。隨著我國(guó)通信技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，第四代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)改變了傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模式，采用了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，不僅有效擴(kuò)大了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)容量，同時(shí)也促進(jìn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力顯著提升，但是4G仍無(wú)法滿足人們?nèi)找嬖龈叩耐ㄐ乓?，面?duì)這種情況，在5G無(wú)線通信系統(tǒng)中，技術(shù)人員通過(guò)將異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)與多元化的通信技術(shù)手段(如小區(qū)部署技術(shù)、D2D通信技術(shù))進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建了一個(gè)具有多元化信息技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，不僅促進(jìn)了5G無(wú)線通信系統(tǒng)能夠兼容不同類型和不同技術(shù)規(guī)范的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還促進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多網(wǎng)融合、多網(wǎng)共通，從而顯著擴(kuò)大了無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用范圍。

3.4 云計(jì)算技術(shù)

隨著5G無(wú)線通信系統(tǒng)的出現(xiàn)和5G無(wú)線通信技術(shù)在人們生活、工作中的廣泛應(yīng)用，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了5G時(shí)代，在這樣的時(shí)代背景下，傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足人們逐漸增高的通信需求，如傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中的網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算、分布式計(jì)算等技術(shù)無(wú)法對(duì)大量涌現(xiàn)出來(lái)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從而會(huì)影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸效率，因此，就需要將5G無(wú)線通信系統(tǒng)與云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，即5G無(wú)線通信系統(tǒng)需充分應(yīng)用移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)計(jì)算，并利用分布式網(wǎng)絡(luò)資源促進(jìn)大量用戶均能共享和應(yīng)用該數(shù)據(jù)資源，這樣不僅能有效提高通信系統(tǒng)本身終端設(shè)備的計(jì)算能力、顯著提高通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速度，而且還能提高人們使用5G無(wú)線通信系統(tǒng)的便捷性和舒適度，從而才能推動(dòng)該系統(tǒng)獲得良好的發(fā)展。

4.結(jié)束語(yǔ)

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，性能方面速率更快，延遲更低，并且在運(yùn)行時(shí)可以與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同時(shí)使用。不過(guò)在降低成本與節(jié)約能耗方面，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)仍存在較多問題。因此在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程應(yīng)結(jié)合實(shí)際建設(shè)難點(diǎn)，對(duì)此開展針對(duì)性處理措施，保障5G網(wǎng)絡(luò)高效、穩(wěn)定大規(guī)模普及，提升人們的生活質(zhì)量。