5G无线通信技术的关键技术应用探究

周 易 刘梅芳 李华鸿

三维通信股份有限公司 浙江 杭州310053

1 引言

在目前快速发展变化的网络时代下,移动通信技术取得了突飞猛进的进步与发展变化,不仅每一代时间的更新时间变短,而且更快的通信技术的应用,满足人们追求高速网络生活的需求,提升和改进人们的体验。以目前网络时代下主流的4G 技术为例,其应用中的频率过高并存在弱覆盖等问题。而以我国的华为等企业为首所研发的5G 技术也逐渐成为新时代的主角,目前的5G网络手机也在逐渐更新换代,相应的基站也在大规模建设,更好地弥补4G通信技术的不足,解决覆盖弱的问题,更是大大提升了运营速度。不仅在民用领域表现主显著的优势,更是在军事和医学等领域中大放异彩,成为未来通信技术的发展重点。

2 简述5 G通信技术

移动通信技术目前已经经历了四代发展,逐渐从第四代向目前的5G 时代迈进,在以往的四次变革中,每一代的发展变化都表现出技术上的极大突破和进步,同时也表现出自身的独有特点,但是每一代中也存在自身的缺陷和不足,在后续的更新中从技术层面上进行弥补和完善。比如在第一代中主要是初步尝试模拟蜂窝技术,而在第二代中则针对第一代模拟蜂窝技术中的TDMA和FDMA进行改进。在这两代技术中主要以语音通信为主,到了第三代的CDMA技术时代,则可以支持宽带数据业务,且在第四代中将此宽带数据业务的优势发挥到的极致,同时也表现出,I MO 和OFDM 等特征。以目前网络时代中的4G 主流技术为例,此通信技术的网络数据速率已经达到了100 Mbit/s,甚至在静止时还会达到1Gb/s的级别,可以满足影响画面清晰且不会产生停止抖动等问题。但是目前人们的生活质量不断提升,在全面进入网络时代下,人们对于网络数据传输和下载等速率要求也不断提高。以目前初露锋芒的5G通信技术为例,其不仅实现了比4G技术的网络速率提升1000倍的改进,可以在瞬间完成一部高清电影的下载,而且有利于构建新型网络社会,满足目前数据时代下庞大的移动数据量传输和下载等需求,同时也降低了移动数据传输和应用的成本。在目前5G通信技术的高度发达时期,随着此技术的不断发展,表现出体验对象和网络传输方面的显著优势,但是也在稳定性以及不同应用场景下自由切换等问题。因此,在未来,更需要不断提升5G通信技术的快捷性以及可发展性,边切通过联合不同制式和模式实现网上运作,同时降低压缩网络创建以及维护成本,不断提升其应用吐艳,时期更加灵活方便和全面覆盖,共同创建更加友好、便捷的网络环境。

3 分析5 G无线通信技术的关键技术

3.1 网络技术 目前5G无线通信技术在无线通信技术中所用网络技术主要有以下几种:一是自组织网络技术,也就是SON 技术,属于一种自动化的网络运维技术。此技术的主要特点就是可以自动部署、自动配置以及自动优化和治愈,可以解决原有无线通信技术应用中出现的网络运维效率较低的问题,同时也降低网络成本,实现网络覆盖面积的扩大,提升通信质量和容量。二是超密集异构网络。随着目前无线通信技术向更加智能化、多元化和综合化方向的发展,在传统的通信技术采取分裂小区的方法对小区半径进行减小的方式,需要采取增加低功率节点数量的方式满足更大的系统容量要求,但是这也会不断增加部署的站点密度。为此,通过5G 通信技术的应用则可以满足上述站点密度的部署要求,可以部署目前站点密度10倍以上的无线节点。三是SDN/NFV。其中的SND就是软件定义网络技术,其主要通过OpenFlow 技术的应用来分离网络设备的控制面板和数据面,使得网络业务可以进行编程。通过此技术的应用还可以对未来网络进行定义并且对网络进行简化。而通过NFV 技术的应用则可以对网元设备结构进行重新定义,通过耦合专业硬件,将网络服务分离出来。将这两中技术进行融合,可以发挥SDN 技术的优势来提升NFV 技术的兼容和便于操作的形势,还可以通过NFV技术的应用,发挥其虚拟化以及IT编排等技术优势,实现SDN技术灵活性的提升。

3.2 无线传输技术 此技术主要有全双工技术以及新型多天线传输技术两种,对于前者来说,也就是同时同频的双向通信技术,基于此技术,从理论上可以实现频谱利用率提升一倍以及网络覆盖范围的拓宽,同时也使得频谱的使用更为灵活便捷。此外,基于此技术也在推进器件技术以及信号处理技术的发展与成熟。对于后者来说,就是将MI MO 天线应用在LTE和LTE-Advanced中并进行改进,但是在后者的应用中没有表现出良好的改进效果。因此也将有源天线技术引入其中,可以对小区基站开展大规模的MI MO部署,实现系统容量的提升,更好地满足目前日益增长的数据业务需求。

3.3 网络架构 目前5G通信技术中的网络架构表现出多种网络以及多种通信方式并存的特点,同时也通过D2D网络概念的提出,通过应用D2D技术来缓解基站压力,满足日益增加的数据量和业务量需求。这主要由于此技术的应用可以不需要基站转接就可以进行数据交换并提供服务,因此可以使得蜂窝网络的压力降低,并且有利于设施鲁棒性的提升。在目前物联网技术的快速发展形势下,未来还可以实现机器之间的M2 M 通信,比如采用接入控制以及资源划分等不同方案的应用来满足未来网络发展需求。

3.4 云计算 在此5G技术中通过移动云计算技术的应用,主要针对本地资源缺乏以及设备不足的问题,通过云端代替移动设备开展计算和数据处理,减少对设备的使用。同时也可以在分布式计算机中储存数据和应用程序,避免出现数据丢失等问题。在目前的5G技术发展中,万物互联服务的覆盖规模在不断扩大,而且也会存在多种异构网络并存的局面,通过云端可以供不同移动设备利用不同的无线接入技术访问云端中的数据信息等。

3.5 高兼容性 目前所发展和应用的5G技术可以向下兼容原有的4G、3G和2G等通信协议,包括所有的应用Wi-Fi以及蓝牙等无线通信技术的平台,表现出此通信平台的高兼容性特点,通过此种资源整合解决方案的应用,为运营设备提供更为强大的功能,更有助于实现开发和维护成本的降低。

3.6 情境感知技术 此技术是来自于普适计算的研究,也就是通过传感器以及无线通信技术的应用,可以使得目前人们常用的无线通信设备,比如手机等拥有情境感知的功能,结合5G技术的应用则可以对这些智能终端等传感器所收集的情境信息等进行分析,并且将更加合适和可靠的服务提供给用户,也就是可以给予用户更加便捷的网络智能推送服务。

4 关于5 G无线通信技术的应用

现代社会中移动网络已经逐渐普及,智能终端设备的普及率也在逐渐提升,人们已经享受到移动服务所带来的便利,而社会的不断发展变革也快速增加移动和无线流量,并且暴露出共享信息访问过程中的效率以及安全等方面的问题。为了解决上述矛盾,目前发展起来的5 G通信技术则显示出强大的优势,不仅可以实现人与人之间的基本通信,而且可以实现物与物之间的通信。虽然目前人们普遍应用的4G 通信技术可以满足人们日常观看高清视频以及传输大数据等需求,但是5G 技术不仅下载速度大幅度提升,而且也在4 G业务基础上节省了存储空间,并对安全服务进行进一步的优化。在人们的日常生活中,通过5G技术的应用可以随意使用远程监控和视频对话等功能,还可以应用虚拟现实游戏等,网络延时也会缩短到1 ms以内,便于目前自动驾驶以及电子医疗等行业的发展,提升自动驾驶车辆的安全性。尤其是在目前网络用户不断增加的形势,整个社会的用户业务需求量激增,人们随时随地都需要保持通信,5G 几乎的应用可以满足流量变迁、地域变换、延时可靠性等较高的服务标准要求,满足广大用户的通信服务需求。未来,网络连接会成为人与人以及物与物之间连接的主要方式,尤其是随着目前大量商用智能设备的投入应用以及智能家居和可以穿戴的设备的普及应用,逐渐形成了更加开放和宽广的物联网设备,使得目前网络连接数量猛增,在此背景下对5G技术的需求更为迫切。未来需要从全球统一的技术标准上进行进一步的发展以及技术方案上的突破,重点是对网络架构以及基站架构等核心技术上的研发,可以满足进一步扩大移动互联网范围以及全面实现5G通讯网络时代的发展要求。

5 结语

5G 无线通信技术与之前的通信技术相比,表现出无线信号覆盖范围广、传输速率和吞吐效率高、无线通信网络以及动态资源配置更为灵活等优点,在未来大规模商用的过程中,由于相应的技术标准还不够统一以及其中的关键技术还没有突破和掌握,还需要进一步加大研发力度并推动移动通信领域的变革与快速发展。