5G时代面临的挑战及关键技术探讨

邓雄才

时代发展迅速，科技也是日益先进，移动通信技术也随着科技的发展一直向前快速前进并影响着越来越多的领域。4G的出现已经很大程度上改变了人们的生活。但是伴随着科技的迅速发展，在时代对于通信技术的要求也越来越高。相比较4G移动通信技术来说，5G具有更先进的科学技术，更加的智能化，同时解决了很多传统通信技术所不能解决的问题。

一、5G移动通信的概念以及现状

（一）5G移动通信技术的定义

第五代移动通信技术简称为5G，是对4G进行全面升级，既是无线网络的统称又不同于我们平时所理解的无线网络。前几代移动通信技术不论是在业务方面还是在性能方面功能都太过单一，但是随着时代的发展，目前对于通信技术的要求却是非常高的。5G通信技术会尽可能的提高頻谱利用效率、资源以及更密集的部署，最大程度上满足用户对于移动通信技术的要求。

（二）5G移动通信技术的研究现状

2013年，我国组建了5G移动通信技术的研究小组，致力于5G移动通信技术的成功开发，任务是探讨出来5G移动通信技术的关键技术以及发展方向并且设计此项技术的框架，尽最大可能使我国的移动通信技术能够赶超世界水平。目前为止我国的华为集团已经成功研究出来了5G移动通信技术，但是这项技术还不是很成熟，需要更进一步的完善并且通过实践来检验这项技术的真实效用。

二、5G移动通信技术的关键技术

（一）大规模MIMO技术

多天线技术随着科技的发展经历了很多的阶段，从无源改善为有源、2D、3D天线的转换以及由高阶到大规模MIMO技术的发展。大规模MIMO技术特征主要分为两个方面，一方面是相比较之前的MIMO技术，大规模MIMO技术大幅度的提升了空间分辨率并且可以更进一步发掘空间的维度资源，促使多个用户可以共用一个时频资源。大规模MIMO技术可以最大程度上提高频谱效率。另一方面是大规模MIMO技术可以尽可能的减少干扰并且减少发射功率，当天线足够大的时候，噪声以及一些不相干的干扰就可以忽略。

（二）全双工技术

可以同时同频进行双向通信的技术就是全双工技术，无线通信系统始终存在着网络侧和终端侧的发射信号对于接收信号的自干扰，所以现在的无线通信设备没有足够的条件完成同时同频双向通信，正是因为同时同频受到限制，导致一半的无线资源就被浪费掉。全双工技术可以完美的解决这一问题，实现同时同频双向通信并且大幅度提高频谱利用效率，最大程度上消除干扰，是移动通信领域的一个重大突破。

（三）基于电磁波角动量特性的新型无线传输技术

无线传输的介质是电磁波，这个新型无线传输技术极可能最大程度上提高无线通信的容量，并且可以在某一个固定频带范围内完成无限多的信道传输，这就可以有效地解决无线通信频谱拥挤的问题。同时，环境条件对于电磁涡旋有着很大的影响，所以一旦环境条件发生了一些变化，波束扭转角度就会受到很大的改变从而影响到电磁涡旋，如何将大量的电磁涡旋波态分离成为了通信技术发展的重大挑战。

（四）超密集异构网络技术

未来的移动通信业务主要分为两个方面，一方面是室内业务另一方面是热点地区，所以超密集异构网络技术将成为实现更多倍流量要求的方式之一，超密集异构网络技术可以大幅度的完善网络覆盖以及提高系统容量，对业务进行准确划分。网络拓扑由于逐渐密集的网络部署变得非常复杂，系统容量的增加受到小区干扰的限制，并且将会影响到网络的能效会使能效降低。因此，消除干扰、小区迅速发现、密集小区间协作、基于终端能力的提高以及移动性增强等都为密集网络方面问题的探究提供了努力方向。

（五）空间调制技术

把每一个数据进行编码并且找到其所对应的位置并且经过多个天线合成发送的过程叫做空间调制。虽然空间调制技术是由很多个天线组成的，但是使用这项技术的时候，其实只有一个天线实际在正常工作，其余的天线始终都是处于待命状态的。每一个信息都将被准确分成两个字节，如果涉及到发射天线的数量和天线阵列信号星座图的大小，将使用第一个字节进行判断是哪一个天线在工作状态，第二个字节用来将天线阵列信号图的信息经过天线成功发送出去，这项新型技术可以在很大程度上提高传输效率。

三、5G移动通信技术所面临的挑战

（一）频率挑战

通信技术发展迅速，随之而来的就是无线电频资源稀缺方面的问题，频谱资源消耗量越来越大，所以分配给5G移动通信技术的频谱资源更加的适合于室内业务，在室外的效果明显不是很好。所以高频段资源对基站的覆盖提出了挑战，如何使室外覆盖的需求得到满足、怎样在不影响到网络性能并尽可能的减少基站密度是目前5G通信技术需要面临的挑战。

（二）网络能耗挑战

移动通信领域的能源消耗量十分的大，所以时代对5G移动通信技术的要求就是将能源消耗降低到最小，大概比传统的能源消耗降低十倍左右。同时在提供1000倍流量的时候，网络总体能耗以及运营成本尽可能的保持不变，这将致使网络构架、空口传输、交换路由、内容分发、网络管理、网络规划以及网络优化等方面需要做出的改进成为了移动通信技术的新型挑战。

（三）物联网和业务灵活性挑战

互联网和传统电信网的信息载体就是物联网。5G移动通信技术将会与物联网相融合，变得更加智能化更加方便与用户的使用。同样物联网要面临更多的挑战，例如系统容量、服务质量、传输瓶颈以及安全隐患等方面，如果5G移动通信技术在将来被广泛使用，就意味着移动通信的业务范围以及业务灵活性都需要提高。在业务应用上面，5G通信即需要满足普通用户的静止以及低速的要求，又需要满足高铁或者是航空器等高速或者超高速的要求，因此制定统一的通信协议是需要的，所以业务灵活性方面还面临着很多的挑战。

（四）终端方面的挑战

5G移动通信技术是多技术的集成网络，为了顺应时代的要求，将来的终端要支持5-10个以至更多个的无线通信技术，另外加上Wi-Fi、红外、蓝牙以及FM收音机等智能化终端，就必须要求5G移动通信技术需要实现低成本多模终端同时待机时间需要在现在的5倍左右，所以5G移动通信技术在终端方面还有很大的挑战。

（五）环保方面的挑战

随着科技的发展，大部分的科学技术都会朝着环保的方向前进，无线技术会使能量被大量的消耗，导致二氧化碳的排放量快速增加，二氧化碳的急剧增多确实是给环境造成了巨大的压力。所以在5G移动通信技术开发的时候，尽可能的高效节能，使能量损耗达到最低，所以在环境保护方面也是对5G移动通信技术的一个重大挑战。

（六）经济影响方面的挑战

移动通信技术越来越先进，随之而来的就是经济将会被带动，因为涉及到经济方面的问题，所以需要政府部门的大力支持，管理好运营商和相关管理机构的关系。并且对于使用5G移动通信方面的费用制定也要进行认真斟酌。所以5G移动通信技术对经济的影响也将是一个重大的挑战。

（七）低延迟和高可靠性方面的挑战

移动通信技术在实际应用中低延迟性以及高可靠性是非常重要的。比如说机器人来监控病人、生命安全系统、基于云的游戏、核反应堆、传感器、无人机以及联网的运输系统的信息传输，但是它需要供给快速连接、快速切换以及高速率传输效率这方面的技术，这就是大规模网络传输中低延迟性以及高可靠性需要面临的巨大挑战。这是未来5G时代需要解决的技术性问题。

四、对5G关键技术挑战的应对策略

利用MIMO技术来提高高频谱的利用效率，并且使数据速率快速提升。

超密集网络技术的应用，这种新型技术可以使终端的移动性大幅度增加以及提高小区的网络能效。

新型架构的应用，减轻干扰，降低能耗以及提高频谱效率，更加的智能化，能够有效维护以及降低运营成本。

5G移动通信技术所存在的挑战首先需要积极的面对，经过认真的探究找到合适的解决方法，然后让5G移动通信真正的造福社会。