5G移动通信发展趋势与若干关键技术

2019-02-13蒙嘉文

数字通信世界 2019年6期

蒙嘉文

（重庆邮电大学移通学院，重庆 401520）

世界各国的科技技术均在不断的向前发展，这项指标已经成为了国家综合国力的重要评价标准之一。而且移动通信技术的发展得到更高的关注度，当前普遍应用的就是4G网络技术。但是伴随社会需求的不断提升，将来4G已不能达到应用需求标准，进而发展为5G移动通信已经是趋势。5G移动通信会具有更高的网络控制技术，发挥出更快的网络信息传输速度，并且减少等待信息时间等等优势，大力的研发5G移动通信技术非常关键。

1 5G移动通信技术的特征和应用场景

5G（5th-Generation）为第五代移动通信技术的简称，当前对于5G的诠释还没有完全统一的标准。但是，根据国外成功研发第五代移动通信技术来说，应用此种技术之后的手机于无线状态中的下载速度更高，为每秒3.6G，这种新型通信技术就是Nomadic Local Area Wireless Access。在未来的发展中，5G会具有更大的需求量，并且依照移动通信发展的态势，会赋予5G更全面的效能，并且具备更高的利用效率。另外，在利用资源程度上，以及对于传输速度方面上，相较于4G移动通信来说，均具有显著的提升，使其具有更好的无线覆盖性能、传输延迟功能，并且具有更好的系统安全可靠性，带给用户更加丰富的体验。

在5G概念白皮书中明确的显示出，5G主要的技术场景一共涉及到四项，即分别是低功耗大连接、低时延高可靠、连续广泛覆盖以及热点高容量。在各种技术场景中，面向物联网业务的就是低功耗大连接场景、低时延高可靠场景，他们为5G新拓展的场景，主要的目标就是对于传统移动通信不能支持物联网和垂直行业应用的弊端问题进行改善并解决掉。在热点高容量以及连续广域覆盖方面，满足的实际需求就是能够良好的符合2020年和将来发展的移动互联网业务实际要求标准。总而言之，对于5G移动通信技术的发展，是可以达到诸多领域的业务需求的，包括工作方面、休闲方面、交通方面、居住方面以及医疗方面等，并且在物联网等领域更加深入的涉及。另外，可以密切的联系起医疗仪器设备、交通工具、工业设施等等，科学合理的融合，提供给用户提供在线游戏以及超高清视频等等更加丰富的体验。

2 5G移动通信的业务需求分析

首先，满足人们对于虚拟现实的多样化需求。5G运行期间，可以良好的结合起各种感官技术，即视觉感官、听觉感官等，通过模拟系统产生3D感应，带给日常生活更多、更加丰富的体验，并且推动更好的在虚拟世界、现实世界中搭建桥梁，产生更精彩的交互体验，最终实现对于虚拟世界的诸多需要，让生活更具有趣味性。

其次，带给人们更加高清的视频体验。相较于4G移动通信而言，5G移动通信具备更加迅速的传输速度，在进行数据的传输过程中，可以产生更大量的数据内容，并且不会受到限制问题的阻碍，进而确保高清视频可以产生顺通的运行，带给移动用户高速速率，无论在任何的地点以及任何的时间，均可以看到高清视频，具有舒适的观看体验。

接下来，能够适应智慧城市所提出的各种需求。当前，对于建设智慧城市来说，其有效的联系起综合云计算以及物联网网络平台，加强同现实世界的密切结合，城市升级转型中智慧城市属于重要的一种趋势。建立在智慧城市的基础上，很多的城市都通过大力的投入建设形成很多建设热潮，所以在将来发展智慧城市已经是重点的内容之一。5G移动通信能够搭建起全新网络服务，包括较快的速度以及较高的质量水平等，所以在建设智慧城市期间，5G移动通信是可以发挥出有效的推动作用的。经实施5G移动通信能够便捷的应用相关技术以及进行支付等，进而适应智慧城市的各种要求标准。

最后，满足物联网要求和全新用户体验。未来的社会发展中，经很多感应装置，使得物体经网络在有关平台进行运行，最终有效的实现安全性的处理，达到智能化的标准，并且全面的联系起跟踪以及管理等内容，通过无线以及高速的形式，对于物联网信息展开科学的处理，最终达到通信保障的目标，并且经诸多安全可靠的举措在网络内部进行投入应用。另外5G移动通信中的服务方式为体验为主，相较于以技术为主导的服务理念而言具有了进一步的发展。5G移动通信是把很多的新型无线接入技术有效的融合起有线接入技术，进而使得用户体验更丰富多彩。

3 5G移动通信的发展趋势

大力的研究以及开发5G移动通信技术是社会发展的必然趋势，无论在国内还是国外，都已经具有高度的重视。在未来的发展中，5G移动通信能够实现以下的几方面内容：数据流量呈现出爆发式的增长状态。应用5G移动通信以后，在全世界范围之内的数据流量同现在的应用情况相比较，会超出1000倍之多，同时能够满足实际吞吐量超过100GB/S/km2的效果；大幅度的增加互联网设备的规模。根据相关部门统计数据显示，预计到2040年左右，全世界的互联网设备数量能够超过500亿，甚至达到1000亿个，相较于当前盛行的4G移动通信来说，可以超出100倍之多，数量庞大；明显的增强用户速率。通常情况下，5G用户速率是维持在10Mb/s，在出现特殊需求的状态下，会提升至100Mb/s；明显的提升稳定性，并且大大的降低网络耗能情况。5G移动通信能够有效的减少通信时延，将网络运行的安全可靠性进行提升，进而提供给用户更加优质、舒适的体验。另外，5G移动通信重视低碳、环保以及绿色观念，所以在其中充分的展现出节能设计的标准，也会相应的提升网络效率，减少或者避免网络耗费掉更多的有效能源。

4 5G移动通信关键技术探究

4.1 大规模MIMO技术

MIMO技术具有诸多方面的优势特点，大规模MIMO空间分辨率相较于当前的技术来说，具有明显的提升技术程度。所以，MIMO技术能够对于空间展开深入的挖掘以及拓展，良好的掌控维度情况，让不同用户可以于相同的时间内展开相对自由形式的通信，而且可以不通过提升基站密度的方式，便能够有效的将频谱效率进行增强。同时大规模MIMO技术中能够在相对较窄区域范围中进行集中波束，实现明显程度的将干扰问题降低的效果，而且可以推动功率的有效提升。当前在研究MIMO技术中，也存在不足的地方，例如传输方案一般是实施TDD系统，而且采取的均为单天线，所以就会让其数量同基站天线数量相比较明显更小，在用户数量增加的同时也会使其数量相应的提升。

4.2 基于滤波器组的多载波技术

无线通信系统内，多载波技术的应用相对普遍，可以在将频谱效率进行提升的期间，有效的对抗很多的多径衰落现象。当前在移动通信中应用的OFDM技术于频谱效率以及抗多径衰落等方面发挥出的优势显著，但是弊端问题就是不具有应用大范围带宽中空白频谱的能力。鉴于此，基于滤波器组的多载波技术应运而生，可以良好的解决以上的问题。此技术的发送端经合成滤波器组对于多载波展开调制，并且接收端经分析滤波器的方式，实现多载波的调制。此技术的特征为：子载波可以进行单独的处理，将子载波同步状况具有良好的解决，而且子载波无需进行前缀的插进以及固定正交，能够对于子载波间互相干扰问题进行良好的控制，就会大大的减少干扰的状况。因此，可以达到各载波之间的带宽设置目标同时进行灵活控制。

4.3 超密集异构网络技术

5G系统具有无线传输技术，因此存在诸多的形式的无线接入模式。此种技术的网络密集程度相对较高，因此就会产生较近的网络节点与终端距离。这样一来，一方面能够将功率、频谱效率进行有效的提升，另一方面也能够将系统容量进行增加，而且明显的提升系统灵活性。尽管超密集异构网络技术能够在5G移动通信的发展中提供更好的动力以及广阔的前景，但是由于减少了节点之间距离情况，所以就会导致系统内部增加各种问题。鉴于此种情况，需要积极的改进这种情况。例如，采取有线回传方式，将程序进行有效的简化，并且能够节省大量的资源，维护移动通信平稳向前发展。

4.4 自组织网络技术

为明显的区别于传统移动通信技术，大大的节约物力资源、人力资源的投入，可在满足用户需求的基础上，将自组织网络技术应用到移动通信中。自组织网络技术这一概念为经网络引进自组织的能力，涉及到的方面诸多，即自我配置、自我优化等，可以将人为干预量明显的减少，发挥出的优势巨大。5G移动通信属于异构网络，融合以及协同多制式共存。在业务等不断更新的情况下，就需要让网络也积极的适应这一趋势。为确保移动过程具备良好的平稳性，就应该应用双连接模式优化选择目标。

4.5 高频段频率拓展技术

以往移动通信系统工作的工作频段集中于3GHz以下，所以频谱资源会凸显出相对拥挤的情况，但是高频段可用频谱资源丰富，例如厘米波频段、毫米波频段等，可以良好的对于频谱资源紧张的情况进行改善，达到短距离以及极高速通信的目标，同时满足5G容量以及传输速率等实际需求标准。

4.6 Device to Device（D2D）技术

此种技术建立在系统控制基础上，让终端之间以复用小区资源直接实施通信的一种新型技术。不仅可以将蜂窝通信系统频谱效率进行提升，减小终端的发射功率，同时也能够显著的处理好无线通信系统稀缺频谱资源的情况。因短距离直接通信，具有较高的信道质量水平，所以D2D可以产生较高数据速率，同时产生较低的功率消耗等。经广泛分布的终端，积极的改善覆盖，达到高质量应用频谱资源的效果。而且可以对于灵活性网络的连接方式进行支持，将网络的可控性进行提升。