关于5G移动通信的关键技术与发展趋势探析

2021-01-11张志华郭晓明

数字通信世界 2021年9期

张志华，郭晓明

（中国移动通信集团山西有限公司，山西太原 030032）

科学技术水平的快速进步，极大地促进了移动通信技术的发展，使之在短时间内由2G、3G技术发展到了4G技术，提升了移动通信用户的实际应用体验。但面对社会快速发展的需要，4G技术也开始表现出有心无力，所以5G移动通信技术的出现也成为大势所趋。

1 5G移动通信技术简述

5G，即第五代移动通信技术，其主要从第四代移动通信技术发展而来，当前5G技术还存在一些缺陷，故并未在大范围内推广。但不可否认，其将会是今后几年时间里移动通信业重点发展方向。未来，5G技术的频谱利用率必定会越来越高，相较于4G技术其信息传输速度也会更快。不仅如此，其在传输失效、覆盖性能以及用户体验等方面的提升也会更大。同时5G技术还会与无线通信技术相融合，从而积极迎合人们的实际需求。

2 5G移动通信的关键技术

2.1 高频段的传输技术

目前，移动通信技术的频谱资源以变得十分拥挤，之所以出现这样的情况，主要还是受过多频段的影响，且多在3GHz中集中，但在高频段中却有很多可使用的资源，开发这部分资源，既可有效缓解使用资源紧缺的情况，数据也能更快的传输[1]。所以，这一技术对5G移动技术至关重要，且其也会受到诸多因素的影响，如气候环境、距离等，导致信号的穿透能力被弱化。因此，在技术的开展与研究过程中，要求监测中心围绕系统的设计展开深入研究，以坚实的基础助推资源优化配置效率提升。

2.2 大规模的MIMO技术

在促进通信系统传输速率和频谱效率提升方面，多天线技术发挥了重要作用，当前已广泛应用于诸多无线通信系统中。MIMO具有较大的规模，基站需对大量的天线进行配备，并在一个基站上集中配置这部分天线。此举的可取之处是能够对空间维度资源进行深度挖掘，从而使频谱效率大大提高；同时在一定范围中集中波束，也可以使其免受诸多干扰；同时大大降低发射功率，实现功率效率最佳化。另外，当天线的大小与要求相一致时，其线性编码与监测均可以达到最好。正因如此，所以有效拓宽了大规模MIMO技术的使用范围，借助现有信息，可以掌握天线数量与频谱效率大小的密切联系。

2.3 Device to Device(D2D)技术

Device to Device（D2D）通信属于新型技术的一种，其经系统控制，各终端可以通过复用小区资源直接通信，其对提高蜂窝通信系统频谱效率、降低终端发射功率极为有利，进而有效解决无线通信系统频谱资源不足的问题。因为距离较短的时候进行直接通信，信道质量很高，D2D可将高数据速率、低时延以及低功耗实现；利用大范围分布的终端，可将覆盖有效改善；高效利用频谱资源；支持灵活性更强的连接方法和网络架构，促进链路灵活性、网络可靠性的显著提升[2]。现阶段，D2D主要为广播、组播和单播技术方案，今后将对包括D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等在内的增强技术予以大力发展。

2.4 新型网络架构技术

现阶段，LTE接入网主要运用网络扁平化架构，把系统时延减小了，也最大化控制了维护、建网成本。在人们不断改变网络要求时，随之形成了5G移动通信中的新型网络架构技术，进而使今后可能产生的业务需要得到了满足。在应用此技术的过程中优点较多，包括低时延、低成本等。今后，5G可能会采用C-RAN接入网架构。其属于绿色无线接入构架，由三部分构成，包括集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架。对成本较低的高速光传输网络予以运用，无线领带信号在集中化的远端天线间以及中心节点间进行传输，可以覆盖的基站服务区域在一百个以上，覆盖面积超过100km2。协同技术在C-RAN架构中较为适用，以促进频谱效率的提升，并把功耗与干扰相应降低。与此同时，其在动态智能化组网中也比较适合采用，方便维护通信系统，把通信运营成本有效降低。现阶段，对于这一技术研发的重点放在了中控制、基带池RRU接口定义等方面。

2.5 基于滤波器组的多载波技术

在5G系统中，基于滤波器组的多载波技术是至关重要的一项内容，其可以高效处理5G系统以及频谱效率中多径衰落的现象[3]。FBMC是5G系统多载波方案中不可或缺的方式之一。就对FBMC技术而言，当调制和设计的原型滤波器有所改变时，多载波的性能也会一并发生改变，为了符合需求的一个特定频率的相应特征，子信道的数量不能超过原型滤波器的长度，而要达到这一点难度很大，同时设备硬件的效果也和此情况有着极为密切的联系。所以，在FBMC中最关键的就是将5G发展对滤波器组的要求解决好[3]。

2.6 直接通信技术

通过对5G移动通信技术予以使用，可使不同设备之间的直接通信由理想变为现实，进而把能耗和时延降低，使频谱资源的作用得到更好的发挥，显著提升5G通信效率和质量。在5G移动通信网络中，若是想促进数据流量有效提高，就必须利用密集网络技术的形式。将5G移动网络的数据流量分布在热点和室内地区，促进用户性能增强，使网络覆盖率有效扩大。目前，智能终端设备已进入千家万户，用户对数据流量的要求也越来越高。所以5G移动通信就一定要借助超密集网络技术来实现预期的目标。此技术的应用，一方面能够把系统的容量增加，另一方面也可将网络覆盖范围扩大，但同时也有诸多缺点存在，如当范围较小时，便极易受到干扰，不利于提升网络能效[3]。

3 当前5G移动通信的发展趋势

3.1 5G要有明显突破

现阶段，随着人们生活水平、生活质量的不断提高，让5G移动通信在通信技术中脱颖而出，其代表了新的移动数据。同4G、3G、2G相比，5G的突破更大，不仅网络速度会持续增加，且相关技术与器械也会进一步增强。在4G技术中用户使用依然不断发生问题，如信息数据的传输质量、传输的安全性等。而在研发5G移动通信时，就应重视4G网络问题并想法将其改变，以把技术化、先进化特征更加明显的移动通信平台建立起来。

3.2 5G移动通信的传输效率高，范围覆盖广

如今，快速发展的社会与互联网无疑均为5G技术的发展与应用提供了良好的先决条件。5G技术同3G、4G等移动通信技术相比，其在信息数据传输方面具有更快的速率，可应用于各类智能化产品中，快速的传输和处理数据、信息，让现阶段的诸多得到有效解决，如传输效率慢、数据信号不稳定、数据不安全等，把更好的体验感带给用户。与此同时，不断提升的5G技术，在一定程度上也会增强网络体系，拓宽网络覆盖面，增强网络影响。另外，还会增强人们在室内的网络信号，为人们的生活和发展带去极大的便利。5G移动通信的发展，除了在技术上体现出来外，也会降低息技术的发展成本，将移动通信的特点结合起来，建立健全通信管理质量，把通信成本有效降低，进而合理分配通信资源，减少一些无谓的时间、金钱及人力的损耗，促进相关单位经济水平的显著提升。