朱云樂

（重慶三峽職業(yè)學(xué)院 重慶 404000）

1 引言

在科技飛速發(fā)展的背景下，移動(dòng)通信技術(shù)也由原本的2G逐漸發(fā)展到5G，并且5G移動(dòng)通信逐漸成為未來(lái)通信的主要發(fā)展方向。5G移動(dòng)通信具有廣闊的發(fā)展前景，物聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)均屬于其主要的應(yīng)用方向[1]。人工智能以及自動(dòng)駕駛等新興科技的出現(xiàn)，都表明了5G移動(dòng)通信技術(shù)在未來(lái)科技中的成功應(yīng)用。5G移動(dòng)通信將成為未來(lái)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對(duì)于全球智能終端的普及以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展均具有促進(jìn)作用。5G移動(dòng)通信具有較高的頻譜利用率以及能效，其在傳輸速率以及資源利用率方面均具有突出的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域也將得到進(jìn)一步擴(kuò)展[2]。

2 5G移動(dòng)通信技術(shù)及其特點(diǎn)

5G移動(dòng)通信技術(shù)具有突出的特點(diǎn)，其是在4G移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)的，其可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)高端的通信系統(tǒng)的構(gòu)建。5G移動(dòng)通信技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性以及靈活性提升方面均具有突出的作用，能夠有效解決4G系統(tǒng)當(dāng)中存在的諸多不足之處。利用5G技術(shù)可以進(jìn)一步提升用戶獲得的體驗(yàn)，并且充分提升網(wǎng)絡(luò)平均吞吐速率，在這一基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化移動(dòng)通信技術(shù)的實(shí)用性。5G移動(dòng)通信技術(shù)當(dāng)中不可或缺的重要組成部分為室內(nèi)通信技術(shù)，有利于拓展移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，充分發(fā)揮移動(dòng)通信設(shè)備在室內(nèi)移動(dòng)通信中的作用[3]。在發(fā)展5G移動(dòng)通信技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重網(wǎng)絡(luò)流量的使用情況，合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，從而促進(jìn)運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)成本的有效降低。

3 5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)

5G移動(dòng)通信技術(shù)有助于數(shù)據(jù)流量的增加、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)目的擴(kuò)大、用戶速率的提升、可靠性的提升、頻譜利用率的提高以及網(wǎng)絡(luò)耗能的降低[4]。根據(jù)相關(guān)的研究預(yù)測(cè)，在10年之后全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量與現(xiàn)在相比會(huì)呈1 000倍增長(zhǎng)，在未來(lái)發(fā)展階段應(yīng)當(dāng)提升5G移動(dòng)通信技術(shù)的吞吐量，使其在繁忙時(shí)能夠保證達(dá)到100 GB/s/km2以上。近年來(lái)，智能終端的發(fā)展速度也得到了明顯的提升，未來(lái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量還會(huì)呈現(xiàn)成倍增長(zhǎng)，經(jīng)預(yù)測(cè)20年后聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量會(huì)增加至500億～1 000億，相比于4G網(wǎng)絡(luò)所支持的設(shè)備數(shù)量，5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)增長(zhǎng)大約100倍，有可能會(huì)達(dá)到100萬(wàn)/km2以上[5]。對(duì)于一般用戶來(lái)講，5G移動(dòng)通信用戶用網(wǎng)速率可以提升至10 Mbit/s以上，對(duì)于比較特殊的用戶用網(wǎng)速率可以進(jìn)一步提升至100 Mbit/s。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是為了向用戶提供服務(wù)，因此應(yīng)當(dāng)注重用戶體驗(yàn)的提升，與4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延縮短了大概5～10倍，這在一定程度上明顯提升了端對(duì)端服務(wù)的可靠性，尤其適用于關(guān)系到生命以及財(cái)產(chǎn)的特殊業(yè)務(wù)。5G用戶規(guī)模以及業(yè)務(wù)量必然會(huì)逐漸增多，相應(yīng)的也會(huì)增加流量的使用，在未來(lái)發(fā)展階段應(yīng)當(dāng)對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，以此來(lái)進(jìn)一步提升頻率的利用率，5G的平均頻譜效率比4G網(wǎng)絡(luò)提升了5～10倍，能夠?qū)τ脩舸罅髁渴褂脤?dǎo)致的頻譜資源短缺問題進(jìn)行有效改善。除此之外，在發(fā)展5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持綠色低碳和降低能耗的原則，同時(shí)借助節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗效率進(jìn)行提高，為用戶1 000倍流量需求的實(shí)現(xiàn)提供保障。

4 5G移動(dòng)通信的若干關(guān)鍵技術(shù)

4.1 高頻段傳輸技術(shù)

現(xiàn)階段，移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段基本上是在3 GHz以下，面對(duì)不斷增加的用戶量以及流量，頻譜資源欠缺問題將會(huì)變得越來(lái)越嚴(yán)重。在高頻段條件下，如果毫米波頻率范圍保持在28 GHz階段時(shí)，能夠使用64根天線以及波束賦形技術(shù)，最終可以將移動(dòng)通信速度提升到2 km距離內(nèi)1 Gbit/s。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展階段也應(yīng)當(dāng)注重高頻段傳輸技術(shù)的進(jìn)一步提升，確保可以擁有足夠的天線以及相關(guān)設(shè)備，對(duì)現(xiàn)階段頻譜資源短缺問題進(jìn)行明顯改善。高頻段傳輸技術(shù)在具有一系列優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在一定的問題，比如傳輸距離比較短以及氣候條件影響比較明顯等，今后應(yīng)當(dāng)深入研究高頻段傳輸技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4.2 多天線傳輸技術(shù)

現(xiàn)階段，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)比較重要的研究方向包括頻譜利用率的提升。多天線傳輸技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)τ脩糁g的干擾進(jìn)行有效降低，并且對(duì)無(wú)線信號(hào)所具有的覆蓋性能進(jìn)行明顯改善。在今后的發(fā)展中，還應(yīng)當(dāng)對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的節(jié)能環(huán)保性進(jìn)行提升，同時(shí)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋率提升的要求。多天線技術(shù)也由原本的2D技術(shù)逐漸發(fā)展至3D技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜效率的提升。在源技術(shù)引入的背景下，天線數(shù)量也逐漸增加到了128根，在3D-MIMO技術(shù)的支撐下，用戶之間所存在的干擾被明顯降低，無(wú)線信號(hào)的覆蓋范圍得到明顯的改善。

4.3 同時(shí)同頻全雙工技術(shù)

同時(shí)同頻全雙工技術(shù)主要是指可以在同一時(shí)間以及同一頻率條件下，實(shí)現(xiàn)雙向通信的一種技術(shù)。在同時(shí)同頻全雙工技術(shù)的支撐下，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)頻譜效率可以得到明顯的提高，對(duì)原有頻譜資源所存在的使用限制進(jìn)行有效打破，同時(shí)也能夠促進(jìn)頻譜資源應(yīng)用靈活性的提升。同時(shí)同頻全雙工技術(shù)還應(yīng)當(dāng)具備干擾消除能力，對(duì)于傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工技術(shù)所存在的技術(shù)缺陷進(jìn)行有效改善，在理論層面將頻譜效率成功提升大約1倍。不過(guò)，在實(shí)際情況下應(yīng)用同時(shí)同頻全雙工技術(shù)通常具有較高的難度，因此今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)此項(xiàng)技術(shù)的研究。

4.4 基于濾波器組的多載波技術(shù)

OFDM（orthogonal frequency division multiplexing）技術(shù)在頻譜效率、對(duì)抗多徑衰落、低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度方面均具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此其在不同種類的無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用迅速提升，譬如WiMaX系統(tǒng)以及LTE系統(tǒng)的下行鏈路都成功應(yīng)用了OFDM技術(shù)。但是，OFDM技術(shù)在一些方面也具有一定的缺陷，在對(duì)抗多徑衰落時(shí)必須要確保插入循環(huán)前綴，這樣會(huì)在一定程度上浪費(fèi)無(wú)線資源。OFDM技術(shù)對(duì)于載波頻偏具有較明顯的敏感性，同時(shí)其峰均比也比較高。OFDM技術(shù)要求各載波應(yīng)當(dāng)具有相同的帶寬，并且還要求其保持同步狀態(tài)，不同載波之間還需要始終保持正交，這對(duì)頻譜使用的靈活性造成了巨大的限制。面對(duì)OFDM技術(shù)所存在的一系列問題，可以利用基于濾波器組的多載波技術(shù)（FBMC，filter-bank based multicarrier）進(jìn)行解決。FBMC技術(shù)能夠根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)原型濾波器的沖擊響應(yīng)以及頻率響應(yīng)，對(duì)于載波之間是否處于同步狀態(tài)也不再做嚴(yán)格的要求，可以將其應(yīng)用至難以實(shí)現(xiàn)各用戶之間嚴(yán)格同步的上行鏈路當(dāng)中。OFDM系統(tǒng)頻譜見圖1。

圖1 OFDM系統(tǒng)頻譜

4.5 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是5G、4G以及Wi-Fi等多種無(wú)線接入技術(shù)共存的網(wǎng)絡(luò)體系，其中既要包括能夠負(fù)責(zé)基礎(chǔ)覆蓋的宏站，還應(yīng)當(dāng)具有低功率小站等承擔(dān)熱點(diǎn)覆蓋。5G網(wǎng)絡(luò)體系中的數(shù)量巨大的低功率節(jié)點(diǎn)一部分是由運(yùn)營(yíng)商部署經(jīng)過(guò)規(guī)劃的宏節(jié)點(diǎn)低功率節(jié)點(diǎn)，但是大部分都是由用戶部署沒有經(jīng)過(guò)規(guī)劃的低功率節(jié)點(diǎn)，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吞匦宰兊迷絹?lái)越復(fù)雜。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)以及應(yīng)用，在使網(wǎng)絡(luò)密集化程度逐漸提高的同時(shí)，也促使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與終端之間的距離變得更近，最終明顯提升了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功率效率、頻譜效率以及系統(tǒng)容量。不過(guò)，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)雖然具有美好前景，但是在減少節(jié)點(diǎn)距離的同時(shí)也引發(fā)了一定問題。為了解決超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中存在的一系列問題，應(yīng)當(dāng)充分利用與鏈路相同的頻譜及對(duì)應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行無(wú)線回傳傳輸，進(jìn)一步提升節(jié)點(diǎn)部署的靈活性以及相關(guān)部署成本的降低。密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為數(shù)據(jù)流量的1 000倍提升提供技術(shù)層面的支撐，利用此項(xiàng)技術(shù)將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量集中于室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，最終為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶使用性能的提升以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的改善均提供保障，在減小小區(qū)之間干擾的同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能效降低處理。

4.6 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在采用復(fù)雜的無(wú)線傳輸技術(shù)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜程度會(huì)明顯增加，為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)性能的迫切需要應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展網(wǎng)絡(luò)深度智能化，而自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要性也在變得越來(lái)越突出。運(yùn)營(yíng)商面臨著逐漸加劇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)配置以及維護(hù)任務(wù)，因此為了支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)即插即用的自配置性能，應(yīng)當(dāng)深入研究面向隨機(jī)部署以及超密集網(wǎng)絡(luò)情景的全新的自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系技術(shù)。運(yùn)用大規(guī)模的MIMO無(wú)線傳輸技術(shù)能夠進(jìn)一步增加空間自由度，以此來(lái)增加天線選擇、協(xié)作節(jié)點(diǎn)優(yōu)化以及波束優(yōu)化等靈活性的提升。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，5G移動(dòng)通信技術(shù)如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商用，不過(guò)其仍舊處于較為初級(jí)的發(fā)展階段，在今后應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)其研究，以此來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，同時(shí)為用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的進(jìn)一步提升提供保障。在進(jìn)一步發(fā)展5G移動(dòng)通信技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)朝著增加數(shù)據(jù)流量、擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)目、提高用戶速率、提升可靠性以及降低網(wǎng)絡(luò)耗能等方面發(fā)展。