5G通讯的技术现状及面临的挑战

2021-01-13陈泽宇

数字通信世界 2021年2期

陈泽宇

（兴安盟微波管理站，内蒙古乌兰浩特 137400）

5G通信技术就是第五代通信技术，比4G无线通信技术更加稳定、更加安全、延迟更低、传输速度更快，目前已经对诸多的行业发展产生了深远影响，其中在通信领域是主要的研究方向。

1 5G通信技术概述

当前的5G通信技术是在4G基础上发展而来，具有传输速度快、传输稳定性强等诸多优势，实现了结构体系的革新、资源利用率的提升和无线传输频率的提高。具体说来：首先，利用无线传输技术可以在4G技术基础上提升资源利用率将近10倍；其次，可以对毫米波、可见光、高频段等频率资源进行开发和利用，所以说随着5G通信技术的出现，极大的促进了我国通信行业的发展，并且该技术与物联网技术的有效结合，进一步提升了社会生产力。不过5G技术的利用也面临着巨大的挑战，主要是在传输速度提升的同时，用户的资费将会上升，影响到对5G网络的推广，所以今后在利用5G通讯技术的过程中要想提升传输信息总量，需要耗费大量成本，因此各大运营商在今后的研究中要以控制成本为主要出发点[1]。

2 5G通信技术分类

2.1 稀疏码多址接入技术

该技术在5G通信技术中十分重要，主要体现为增加通信过程中的信息量，可以保证原有各项信息数据长度不变，在此基础上增加信息含量。此外，借助稀疏码多址技术能够分开处理不同的通信数据，比如处理视频通信技术的过程中，声音与影像可以分层处理，在不同频段中稳定输出，进而促进物联网的健康发展。

2.2 大规模多输入多输出技术

MIMO技术（大规模多输入多输出技术）对密集型网络架构的利用可以提升数据流量，以往的多输入多输出技术利用多根天线和设备协作，如果网络不能全面发布，相关数据可以借助网络架构以及设置战略发展规划解决这一问题，而通过增加天线数量也可以达到提升通讯系统容量和传输稳定性的目标。而实际传输效果还有很大提升空间，利用大规模多输入多输出技术可以增加端口数量，让基站终端设备共同向多个用户服务，而天线传输可以单项进行，不过大规模输入输出技术会导致相邻天线存在导频污染。因此今后需要继续对这一技术加强研发。随着智能手机的普及，以及对传输信息质量要求的提升，4G网络已经逐渐不能满足人们的要求，而5G技术利用毫米波可以让传输速度提升近千倍[2]。

2.3 D2D技术的利用

这种技术的出现主要是对蜂窝系统起到优化作用，增加了流量数据，实现资源的精简，进而促进了5G通信技术的发展。此外，对D2D技术的利用可以降低外界因素带来的不利影响，实现信息传输效率的提升，也达到了降低传输成本的目标，D2D技术利用时关键在于处理好通信即时性与无线资源管理之间的关系。

2.4 同时同频全双工技术

由于无线通信设备利用相同的频率可以同步发射与接收信号，使得无线通信链路频谱效率提升一倍之多，目前利用的主要是单工通信或者半双工通信，对5G技术的利用让频谱利用率提升近一倍，主要是借助数字干扰消除和射频干扰消除实现。

3 5G通信技术发展现状

3.1 多普勒效应

在5G通信技术发展过程中会出现多普勒效应，主要是通信系统提升传输速度的过程中缩减了传输目标和电磁波间的速度差，随着波数提升、波长缩短，有效提升了通信波的传输频率，但是波长也会导致信号不稳定[3]。

3.2 建筑因素的影响

当前城市高层建筑数量越来越多，其中建筑内部的多种刚才会影响通信信号，5G通信技术利用毫米级的波长传输信号，尽管速度更快，但缺乏穿透力，容易受到多种因素影响。为解决这一问题当前需要增加基站数量，通过缩短5G基站间的距离，达到提升传输效率的目标，不过在建立基站的过程中，也会导致通信系统的成本增加。

3.3 网络频段和网速问题

在开发5G通信技术之前多数网络频段已经被占用，所以目前5G通信技术可利用频段数量较少，稀疏码多址接入技术在其发展过程中还会出现频段污染情况，虽然5G通信技术可以有效提升通信速度，不过连接终端数量的增加也对发展带来一定压力。5G通信技术相较于4G通信传输速度可提升近百倍，不过移动通信设备数量的增加，也使得信息传输速度无法满足大规模设备的需要，因此还需要进一步优化。

4 5G通信技术面临的挑战

4.1 频段数量较少

在发展5G通信技术的过程中，存在着频段数量较少的问题，目前解决这一问题的方法是重复利用低频段。为了避免通信期间受多频段影响，5G通信系统需要对新的频段开通，或者利用其他频段进行信息传输，以此对不同频段进行合理利用，比如远程视频通话期间可以利用无罪通信技术传输画面，然后利用4G通信技术对部分声音传输，以此减轻无知通系统到传输压力，利用这种声音和画面同步传输和相分离的路径可以达到良好效果。

4.2 通信系统容量

在今后的5G通信技术发展过程中，主要是利用毫米级的电波进行传输及尺寸为30-300MHz，波长为1-10毫米，而5G毫米波主要为24-100MHz的波段，对于毫米级的电波来说，利用过程中存在着信号传输损耗较大的问题，并且容易受到拦截，也会受到大气等介质的影响，最终影响信号传输效果。因此今后需要加强与气象局合作，通过分析大气层和降水量等气象因素，计算出电波传输中的损耗，并且预测传输距离，以此提前制定预防措施，避免各种因素的影响[4]。

4.3 做好成本控制工作

在5G通信技术发展期间，随着技术的进步也不可避免的出现研发成本增加问题，再如前期招标成本、设备成本、材料成本、维护成本，都是行业发展必须面对的问题，所以通信企业盈利会受多种因素影响。目前5G通信技术已经显示出其显著优势，如果依然沿用现行的收费方式，网速过快必然导致更多费用出现，因此还需要5G通信技术的研究企业分析如何做到提速降费。

4.4 终端设备的性能

在移动互联网与物联网深刻影响人们生活的背景下，移动终端正向着多元化智能化，便携式的方向发展。未来联网终端的数量将成倍增长。从用户的角度讲，为了满足其碎片化需求。需要不断提升服务商的服务水平。今后需要对终端设备的芯片、射频技术、电池寿命等继续深入研究。目前在5G硬件中电池是研发难点，长期以来电池技术的发展较为缓慢，主要是受到电池自身体积的影响，所以今后需要继续研发出体积小的电池，进而为多种硬件设备使用提供便利。

5 总结和展望

在网络信息飞速发展的今天，5G技术有着无与伦比的优势，尤其是物联网技术的发展可以为人们展示出超高速场景，进而为移动宽带用户提供网络数据接入，同时还支持大规模人群，进而为高密度人群地区提供优质的移动宽带体验。再如超可靠的实时连接可以为用户选择商品提供保障，而物物通信的环境下利用传感器机器类设备可以处理多样化的设备通信。今后随着物联网技术和移动互联网技术的发展，会诞生更多新兴的职业，提升社会发展活力。目前国际电联把5G应用场景划分为物联网和移动互联网两大类，不仅可以支持移动互联网发展，还可以解决机器的无线通信需求，比如发展车联网以及工业互联网。目前看来5G网络凭借其传输速度快、延迟低、功耗少等优势可以为物联网的应用提供有力支持，真正实现万物互联，让每平方公里近100万台设备实时连接在物联网应用场景中，主要涵盖智慧城市、智慧农业、资产跟踪、能源监控、智能家居、远程监控实体基础设施，在海量互联网下可以进一步提升人们的生活品质[5]。