5G移动通信技术应用现状及发展前景

张家齐 石家庄市第二十五中学1605班

1、5 G移动通信现状探析

1.1 移动通信发展历程

第一代移动通信系统诞生于美国芝加哥，采用模拟信号传输技术，其解决了不同地域间语音通话的问题，但由于信号不稳定、语音通话质量差等，致使第二代迅速发展。第二代移动通信技术改用数字调制技术，提高了语音通话质量，使得移动用户数量超过十亿。第三代移动通信标准以CDMA为核心技术，以实现移动宽带多媒体通信为目标。第四代移动通信则是第三代的深化。前两代的特点是解决了语音通话的问题，而三四代最大的特点则是移动终端智能化。未来的第五代将选用更高频段的频谱及采用高密度无线网络(high density wireless network)、大规模MIMO的无线传输等技术，其目的是解决网络延迟、网络信号不稳定等问题。在数字信息时代下，第五代移动通信的发展将为智能家居、自动驾驶，智能工业等提供移动通信支持，从而推进全球信息化发展。

1.2 5G移动通信面临的难题

世界各国争先恐后研究第五代移动通信技术唯恐落后于其他国家，中国也不例外。虽目前我国5G移动通信技术取得不错的研究成果，但是仍然面临许多技术难题。

1.2.1 5G移动通信难题1：设备研制

移动通信设备在网络传输等方面有着举足轻重的作用。第三代移动通信的频率和频段：TDD(TD-SCDMA)1800MHz-1900MH和2010MHz-2025MHz属于特高频段（UHF）,而其波段则属于分米波段；第四代移动通信频率和频段：1800-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz，其相比较于第三代频率和频段都有所增加，但是据V15.0.0版TS38.104规范称第五代移动通信技术频率范围分别定义为不同的FR（即FR1和FR2），FR1频率范围：450MHz - 6000MHz即是通常所讲的5GSub-6GHz频段；FR2频率范围：24250MHz - 52600MHz即是5G毫米波段。随着频率与频段的增加，对通信设备的要求也越来越高，目前国内适应在这个频段的设备少之甚少，而研制适应5G通信设备的技术绝大部分被国外封锁。因此我国科研人员面临通信设备研制的困难，造成第五代移动通信发展受阻。

1.2.2 5G移动通信难题2：蜂窝无线网络

蜂窝通信采用蜂窝无线组网的方式，在终端和网络设备之间通过无线通道相连接，为移动用户提供了便捷高效的无线网络。从2G无线网络到GSM网络再到WCDMA网络蜂窝无线网络的优化主要体现在减小邻频与同频的干扰、无线参数的调整与优化、信道的分配等等。在5G移动互联网发展的过程中应重视蜂窝无线网络通信过程中产生的一系列问题，力求通过优化更新等措施，彻底解决蜂窝无线网络中存在的问题。

1.2.3 5G移动通信难题3：互联网安全

第五代移动通信，作为新的互联网系统，其互联网的安全性是一个值得深思的问题。新互联网系统中的异构融合、信道租用等都可能引发安全问题。异构融合产生的安全问题是因为每个需融合的信息都要跨过安全域到METIS 5G框架下的融合平台，在此过程中可能产生网络安全问题；信道租用的作用是提高优良信道的利用效率并降低能耗，但是不安全信息可能因监管不严格等因素通过信道进一步传播。因此在互联网的发展过程中应增强对互联网信息的监管力度，务实保证用户信息安全。

1.2.4 5G移动通信难题4：移动终端升级研发

第五代移动通信必是多种先进技术的集成，从而使得5G移动通信系统的复杂性将大大提高且对移动终端设备的需求也将增加。移动终端首先应在提高空间效率，增强待机时间、优化射频工艺等方面进行升级优化。其次在设备的科研方面，研发更加适应5G移动通信网络的设备器材以满足5G移动网络正常高效的运行。

1.3 5G移动通信相关技术

每代通信都有各自的特点，在这些特点的背后是技术的支持。5G移动通信正处在探索阶段但像MIMO技术、移动自组织网络等技术对于5G通信的发展起促进作用。

1.3.1 MIMO技术

MIMO通信是采用的是多发射和多接收相结合的技术。一个信号通过信号发射端(一个发射端口)可产生N条不同的路径到达信号接收端，信号接收端收到的N个不同的信号经过接收端解频后可最大程度的显示出发射端的发出的信号。MIMO技术相比单线传输，其可更好的减少传输过程中信号的衰减，于此同时大规模MIMO技术不仅抗干扰能力强还提高了信道的容量，从而提高了信道的传输效率。对于5G移动通信而言，MIMO技术可以更好的促进5G发展。

1.3.2 移动自组织网络技术

在传统的通信系统中，网络的部署、运营、维护依靠于人工操作，使得投入成本大大增加。移动自组织网络是一种自治、多跳的网络。其网络能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信可最大限度减少人工参与。自治技术主要体现：移动通信网络中（例右侧通信网络图片）即在任意一个节点处输入信号，可从任意输出节点获取信号。其中信号在传递过程均依靠于自组织网络自己规划相关信号通道。

1.4 5G移动通信的优势

1.4.1 传输数据高效性

第五代移动通信网络(简称5G)，其理论峰值速率每秒可达数十GB，此传输速率相比当前4G网络（4G网络的理论峰值速率上限50MB）快数百倍。例如：一部3D电影大小在20G-40G之间，其可在几秒之内下载完成，5G移动通信技术将会减少了因传输而浪费的时间。随5G技术的诞生与发展，传输数据也将变得更高效，对于像自动驾驶这一种类对网络延迟要求非常苛刻的行业也会得到进一步发展。

1.4.2 移动性强

前两代主要解决了不同地域间语音通话的问题，但移动性能差即时不时出现信号弱，甚至无信号的现象。第三和第四代移动通信则是满足了人类的日常生活，使日常生活更加便利。但是信号弱甚至无信号的现象仍未解决。第五代移动通信技术的发展，通过运用大量高科技技术使地球村任意两地点之间的交流质量得到加强，从而解决信号方面的问题。第五代移动通信的移动性能将会大大提高。

2、5G移动通信发展前景

2.1 为物联网发展奠定基础

互联网产业的优化改革促进了一大批产业的更新，从互联网中演变出的物联网更加依靠于5G网络。其原因之一：目前的4G移动通信技术满足不了多点接入的需求，且存在通信速率低，抗干扰性差的问题；原因之二：5G网络具备更加强大的通讯和带宽能力，能够满足物联网应用对网络高速稳定、覆盖面广等需求。因为物联网内含智能家居、自动驾驶、智慧医疗、智能工业、智慧城市等对移动网络有更高的延迟要求即网络延迟不能超过毫秒级别，否则可能出现安全事故，所以5G移动网络将会为物联网提供网络技术支持，减少网络延迟，从而保证物联网快速稳定的发展。物联网中每一项的发展都会给我们的日常生活带来便利，方便我们的日常生活，移动网络相当于一架桥梁，5G移动通信技术的发展相当于把这座桥建的更宽。因此我相信在不久的未来，物联网将会走进我们的家庭。