无线通信技术发展概述

摘要 人民对高信息量的需要求日益增长，高效快速的通讯方式也是保证社会进步、国家发展、技术创新的重要基础。现代的通讯方式与传统的通信技术相比，在诸多方面都有所突破和发展，尤其是无线通信技术的出现和飞速发展也为人们带来更便捷舒适的生活。在这种情况下，就需要进一步加强对无线通信技术的研究讨论，从而为我国经济发展、社会进步和民族复兴贡献出更大的力量。基于此，本文对无线通信技术发展相关的内容进行了探讨。

关键词 无线技术 通讯理论 5G

引言

随着国家社会的不断进步，人民经济水平的不断提高，科学技术水平和信息技术的融合和发展也进入到了更高层次[1]。在发展的过程中，人与人之间的信息交流和沟通具有十分重要的作用。同时在新型媒体技术的推动下，社会发展进程中的各种产物变多，对于通信技术也提出了更高的要求[2]。现代的通讯技术与以往传统的通信方式相比，在科研开发、基础理论、实际应用等方面都有所突破和发展，与社会大众生活及通讯关联较大的无线通信技术为人们带来更便捷舒适的生活发挥了重要作用，因此急需展开研究总结无线通讯技术发展的理论及技术要点。

一、无线通信的简介

无线通信指的是利用在自由空间中传播的电磁波而不通过导体或缆线的方式来传递消息，进行远距离传输通讯，实现信息交互的目的。大多无线通信技术都会用到无线电，包括距离近至数米的Wi-Fi，也包括距离上百万公里的深空网络，但也有少数无线通信技术是使用诸如光、磁场、电场等电磁波无线技术。在所有的无线通信中，信息的传输主要发生在发射器（发送数据）和接收器（接收数据）的设备之间。无线网络中的任何节点都可互换地执行发射机和接收机的角色。根据发射器和接收器的种类，无线通信可以分为固定式、移动式和便携式应用。

二、无线通信的发展历程

随着国民经济和社会发展的愈发信息化，无线通信也逐渐从固定方式发展为移动方式，无线通讯的发展大致经历了从模拟通信系统（也称为1G）到全球移动通訊系统（GSM、数字通信，也叫做2 G，也包括互联网），到第三代（3 G、数码、支持数据分组交换、等等），第四代（4G、无线宽带、LTE、LTE-advanced）、再到现在最新的第五代通信技术（即5G） [3]。

1G意为第一代无线通信技术，是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，其制定于上世纪80年代。其主要代表产品就是手机，由于其主要依赖于蜂窝技术的出现和发现，因此被称为第一代模拟蜂窝电话。在第一代无线通信技术中，网络包含许多小型区域 ，每个小区域由一个无线电收发器覆盖，因此相同的频率可以重复使用多次，从而提高频谱利用率，从而增加系统容量，方便容纳大量用户。在20世纪80年代由科研人员开发的一整套无线标准，移动电话系统（MTS）、高级移动电话系统（AMTS）、改进移动电话服务（IMTS）、Push to Talk （PTT）等技术是1G的主要特点。

2G是第二代无线电话技术的简称，第二代2G蜂窝电信网络最早在芬兰以GSM标准投入商业运营，相比于1G，2G网络允许更大的渗透强度，使得各种移动电话网络能够提供短信、图片短信、彩信（多媒体消息）等服务。所有2G上发送的文本信息都经过数字加密，允许以只有预期接收者可以接收和读取的方式传输数据。

3G指的是第三代移动电话，3G网络支持的服务可以提供至少200 khits/s的信息传输速率。发展到后期的3G版本，通常是3.5G和3.75G，也为智能手机和笔记本电脑的移动调制解调器提供了Mbit/s级别的移动宽带接入。3G被应用于无线语音电话、移动互联网接入、固定无线互联网接入、视频通话和移动电视。3G技术得出现定义了移动通信技术标准，其主要特点是高效、高速、高性能、高安全性、低成本、信号稳定。与前两代通信技术相比， 3G支持更加多样化的多媒体技术。

4G是继3G之后的第四代移动通信技术。除了通常的语音和3G系统的其他服务外，4G可以提供移动超宽带互联网接入，例如USB无线调制解调器的笔记本电脑、智能手机和其他移动设备。尽管4G是3G的后继技术，但3G网络升级到4G的过程仍然出现过重大问题，因为许多3G网络都没有建立在向前兼容的基础上，4G的应用主要包括经过修改的移动网络接入、IP电话、游戏服务、高清移动电视、视频会议。

5G（第五代移动网络或第五代无线系统）也被称为2020年以后的移动通信技术。在任何电信标准化机构发布的官方文件中，5G都没有描述任何特定的规范。但是第5代（5G）和即将到来的第6代（6G）连接网络相对于第4代系统，有望取得巨大的改进，但这些系统存在一些基本和普遍的挑战，如覆盖性能、高容量网络、、低延迟、高保护、低功耗、稳定的网络等。

自1981/1982年推出1G系统以来，大约每10年就会出现新一代的蜂窝网络标准，目前商用化的最先进无线通信技术为5G技术，下面将对该技术主要的特征进行概述。

三、5G主要特征

近年来电信业的主要基准之一便是5G，它通常被称为2020年后移动通信技术，是一种新兴的异构通信模式，包括4G系统、Wi-Fi、mmWave（毫米波）、MIMO（多输入多输出）阵列，具有带宽强、价格便宜、电池使用率低、覆盖更好的等优点。5G使一种新型网络成为可能，这种网络可以将包括机器、物体和设备在内的几乎所有人和事物连接在一起。5G无线技术旨在为更多用户提供更高的多gbps峰值数据速度、超低延迟、更高的可靠性、更大的网络容量、更高的可用性和更统一的用户体验。更高的性能和更高的效率可以连接新的行业，从而赋予用户新的体验。5G技术基于一种通过多个不同通道调制数字信号以减少干扰的方法 （Orthogonal frequency-division multiplexing， OFDM），在该OFDM原则的基础上，使用NR （New Radio）空中接口和更宽的带宽技术，如低于6ghz和毫米波。与4G LTE一样，5G OFDM也基于相同的移动网络原理运行。然而，新的5G NR空中接口可以进一步增强OFDM，为相关应用提供更高的灵活性以满足各种不同的使用情况。通过扩大频谱资源的使用，5G将带来更宽的带宽，可以在较低频段（如6 GHz以下）和毫米波频段（如24 GHz及以上）运行，这将带来最大容量、多gbps吞吐量和低延迟。5G网络速度和网络容量的提高，将创造出传输巨大数据量的潜力。5G网络的架构与传统的网络不同，可以更好地优化网络流量，平滑地处理使用量峰值。5G不仅提供了比4G LTE更高质量的服务、更低的延迟和更高的带宽，还可以扩展到新的服务领域，如关键任务通信和连接大规模物联网。下面将简要概述5G的应用展望。

四、5G应用展望

5G的低延迟可以到达比人类的视觉处理速度更快的程度，这使实时远程控制设备成为可能。此外，农业、制造业和物流都将受益于更低的延迟，游戏玩家也热切期待5G的低延迟所带来的体验。高速和最小延迟的结合对于虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用来说也是十分重要的，随着连接性的改善，可能创造出更无缝的沉浸式体验，相关应用会大受欢迎。在未来，由于5G的广泛应用，智能家居和智慧城市也将迎来巨大的飞跃发展[4]。人类将会使用比以往任何时候都更多的联网设备，人工智能也将被带到从未有过的高度。从为房屋提供个性化节能方案，到根据交通流量改变其模式的交通灯，依赖于网络速度和容量大小的5G应用将影响几乎每个人。以往，拥挤的体育场和其他场馆难以为大量观众提供无缝连接，而5G则可以让体育爱好者从体育场的任何座位上直播他们的体验。对于企业来说，带宽增加的影响将以大数据的形式体现在许多部门中[5]。如今，公司从客户、供应商和团队那里接收到的信息已经远远超过了他们处理和分析的能力。通过基于5G连接的大数据分析，这些企业可以将大量数据转化为可操作的知识。此外，5G也将有望用于从云游戏到远程医疗等领域，改善人们的用户体验。

总结

总而言之，随着经济的快速发展和科技水平的不断提高，全世界范围内的无线通信技术也随之蓬勃发展，经过了从1G到5G的演化，对应的制造技术和算法手段也在一定程度上促进了无线通信技术的发展，目前，2020年后移动通信技术对于互联网、物联网、农业、制造业、智能家居、大数据交流等重要领域的发展有重要的创新和促进作用[6-8]。所以，我们需要重视无线通信技术领域的发展，要以技术的完善和提升作为研究要点，实现整个通信领域的整体提升，并为下一代通信技术进行相关的技术预研，为实现中华民族伟大复兴的中国梦提供一份力量。

参考文献：

[1] Chen， Sz.， Kang， Sl. A tutorial on 5G and the progress in China. Frontiers Inf Technol Electronic Eng 2018， 19， 309–321.

[2] Zikria， Y.B.; Kim， S.W.; Afzal， M.K.; Wang， H.; Rehmani， M.H. 5G Mobile Services and Scenarios： Challenges and Solutions. Sustainability 2018， 10， 3626.

[3]李晓逸. 5G认证协议设计及形式化验证[D].北京交通大学，2021.

[4]雅凡. 基于5G网络信道状态信息的室内定位技术及应用[D].北京交通大学，2021.

[5]靳婉莹. 基于数据挖掘的5G电信用户预测研究[D].大连理工大学，2021.

[6]陈阳，王攀，李辉，李建奎，刘春远，张明. 基于BIM+5G环境的智慧工地集成化应用技术[C]//2021第十届“龙图杯”全国BIM大赛获奖工程应用文集. 2021：130-136.

[7]王新. 粘接技术与5G智能穿戴智能家居和智慧城市[C]//北京粘接学会第30届学术年会暨绿色建筑胶粘剂论坛暨第五届京津冀粘接技術研讨会论文集. 2021：30-33.

[8]冯磊. 5G技术在亭子口水利枢纽库坝安全智能巡检方面的研究应用[C]//中国水力发电工程学会自动化专委会2021年年会暨全国水电厂智能化应用学术交流会论文集. 2021：18-20.

作者简介王新宇，男，山东章丘，汉族，1981.7.4，本科，无线通信，工程师