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5G移動(dòng)通信技術(shù)及發(fā)展分析
通信，作為我們生活中的重要人際交往手段，正在朝現代化、多元化方向發(fā)展。為了滿(mǎn)足當前科技網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展需要，我國進(jìn)行了全面的移動(dòng)通信技術(shù)改革，而目前的主要改革方向之一就是5G移動(dòng)通信技術(shù)。下面是小編搜集整理的相關(guān)內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：5G移動(dòng)通信技術(shù)作為后4G時(shí)代的衍生產(chǎn)物，成為面向2020年所推崇的新一代智能型移動(dòng)通信系統，其發(fā)展狀況備受社會(huì )公眾的關(guān)注。目前，以4G為典型代表的移動(dòng)通信技術(shù)正處于快速建設階段，5G移動(dòng)通信發(fā)展進(jìn)入初級探究工序，相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)、性能特征、網(wǎng)絡(luò )功能還有待進(jìn)一步探究。因此，明確5G移動(dòng)通信系統的定位內容成為當下的實(shí)踐要務(wù)，對移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的持續發(fā)展具備積極影響�；诖�，本文結合5G移動(dòng)通信技術(shù)，論述基本發(fā)展現狀及其關(guān)鍵要點(diǎn)，為其提供幾點(diǎn)優(yōu)化意見(jiàn)，以供相關(guān)研究參考。
關(guān)鍵詞：5G移動(dòng)通信;5G關(guān)鍵技術(shù);無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò );云計算;D2D通信
引言
自網(wǎng)絡(luò )技術(shù)正式進(jìn)入應用階段后，移動(dòng)通信成為人們生活中必不可少的構成部分。倡導高性能、高效率的通信系統，早已成為社會(huì )公眾積極追求的實(shí)踐要務(wù)。4G移動(dòng)通信最早起源于2000年的中后期，面對無(wú)線(xiàn)技術(shù)的高數據傳輸速率，第四代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)難以全面適應數據速率理論需求，而5G通信系統因2012歐盟所啟動(dòng)的METIS項目備受關(guān)注。當前，開(kāi)展5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )研究活動(dòng)顯得尤為關(guān)鍵，便于穩定移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的基礎性能[1]。5G移動(dòng)通信系統整合以往通信機制的便利優(yōu)勢，杜絕單一化的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，基本傳輸速率可達10Gb/s，自身覆蓋率相比其他通信系統更具實(shí)際效益，成為實(shí)際可行的融合網(wǎng)絡(luò )，值得應用于實(shí)踐研究。
一、5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展現狀
在3G/4G通信技術(shù)的持續發(fā)展背景下，5G移動(dòng)通信技術(shù)因其獨特的研發(fā)特征，成為通信行業(yè)的新一代改革內容，也是后4G時(shí)代通信技術(shù)高效發(fā)展的關(guān)鍵要務(wù)。目前，5G需求及其頻譜、技術(shù)要點(diǎn)研究工作正在穩定運行。以“2018年完成IMT-2020標準、2020年確定5G標準”為設定方案，這與“中國863計劃”所涵蓋的技術(shù)研究核心理念不謀而合，為5G通信技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展提供了一定輔助條件[2]�；�5G初步驅動(dòng)標準化活動(dòng)，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的初始化定義為“以用戶(hù)為中心”。相比4G網(wǎng)絡(luò )的“以服務(wù)為中心”概念更具實(shí)際效益，5G網(wǎng)絡(luò )具有更高的移動(dòng)性能，數據傳輸速率達到10Gb/s，早已成為社會(huì )公眾高度關(guān)注的移動(dòng)通信技術(shù)。
二、5G移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)
2.1無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)
考慮5G移動(dòng)通信技術(shù)的設計特征，無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)作為其關(guān)鍵性要點(diǎn)，以BDMA(射束分割多址技術(shù))、NOMA(非正交多址接入技術(shù))為基本內容，利用更加廣泛的信號寬帶，為用戶(hù)提供更加便捷化的應用指標�；跓o(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的應用范圍，BDMA圍繞FDMA(頻分多址)、CDMA(碼分多址)等內容，利用有限的頻譜資源來(lái)輔助多址接入系統，為5G技術(shù)的無(wú)線(xiàn)接口提供頻率、時(shí)間資源[3];NOMA作為一種新型調制方法，從OFDM信號入手，解決技術(shù)正交時(shí)間窗口的缺陷問(wèn)題，達到傳輸時(shí)延、頻率補償建設目的，滿(mǎn)足濾波器多載波的同步頻率構造需求。為適應5G系統的內在容量、基本構成等技術(shù)特征，考慮MS位置的天線(xiàn)波束情況，在維持LOS狀態(tài)的基礎上，智能調整波束情況，具備穩定網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可靠性能的技術(shù)表征。結合相關(guān)表征情況，目前所發(fā)明的BDMA技術(shù)、NOMA技術(shù)，可較快地適應5G的基本要求，如AOA(達角)無(wú)線(xiàn)配置、FFT塊CP信號參數等，具有較強的適用價(jià)值。
2.2超密集異構網(wǎng)絡(luò )
在5G通信技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，強化低功率節點(diǎn)數量、縮減小區半徑成為基本技術(shù)指標。超密集異構網(wǎng)絡(luò )是基于提升數據流量所衍生的構成要點(diǎn)，可保證5G網(wǎng)絡(luò )的智能終端普及效益�？紤]2020年無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )所設置的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)情況，密集部署網(wǎng)絡(luò )可有效縮減終端設備與各個(gè)節點(diǎn)間的實(shí)際距離，便于增強網(wǎng)絡(luò )功率和頻譜效率，對不同接入技術(shù)的覆蓋層次性能也有所幫助。此外，從無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )站點(diǎn)與節點(diǎn)設置情況來(lái)看，依據現有站點(diǎn)的10倍以上范圍，并將其維持在10～15m范圍內容(每1km2滿(mǎn)足25000用戶(hù)需求)，緩解用戶(hù)基數與站點(diǎn)數值1:1比例情況。同時(shí)，結合網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)部署技術(shù)，準確感知各個(gè)相鄰節點(diǎn)，完成選擇網(wǎng)絡(luò )、協(xié)調節點(diǎn)間距、實(shí)現網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)等工序，為QoS需求所帶來(lái)的差異性提供優(yōu)化舉措。以5G異構網(wǎng)絡(luò )超密集場(chǎng)景的跨層干擾協(xié)調優(yōu)化為例，由于小站覆蓋范圍較小，微小區網(wǎng)絡(luò )具有能耗效率高、信號質(zhì)量好等優(yōu)勢。利用ABS站點(diǎn)配置策略，宏觀(guān)規劃節點(diǎn)區域范圍與鄰區間干擾情況，統計小站區域范圍自身所帶有的RB資源，為強化CRE擴展效益提供輔助條件，便于吸收區間吸收用戶(hù)數量，計算各個(gè)UE所提供的信息服務(wù)數據(跨層干擾協(xié)調優(yōu)化方法)，協(xié)調用戶(hù)和業(yè)務(wù)各自的差異性，為其節能配置、節點(diǎn)協(xié)調提供輔助作用[4]。
2.3大規模MIMO
在2016世界電信標準化全會(huì )(WTSA16)中，與ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標準化部門(mén))形成統一共識，我國正式提出推進(jìn)IMT-2020(5G)標準化研究工作。這相比4G技術(shù)所提供的峰值速率增長(cháng)至數十倍(連接100萬(wàn)用戶(hù)/平方公里)，成為市場(chǎng)標準化競爭的核心技術(shù)。其中，大規模MIMO作為5G通信系統的關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)由國際標準審核和檢定，正式融入關(guān)鍵技術(shù)指標研究工作，成為無(wú)線(xiàn)鏈路頻譜效率技術(shù)的典型代表，與“多用戶(hù)MIMO”概念具備相似之處，并與相同頻塊的用戶(hù)基站形成同步發(fā)展機制(當用戶(hù)數據達到一定數量時(shí)，頻譜效率可提升至5～10倍，與小區邊緣相關(guān)的能量更佳)，天線(xiàn)數量同比增加1～2個(gè)數量級，有效解決天線(xiàn)信道的容量問(wèn)題。目前，大規模MIMO技術(shù)依然是移動(dòng)通信領(lǐng)域容量潛力最為突出的技術(shù)之一。針對5G移動(dòng)通信系統的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，仍需有效解決。結合發(fā)送端和接收端所匹配的天線(xiàn)設備，穩定傳輸速率、傳輸可靠性，實(shí)現MIMO技術(shù)標準化進(jìn)程，詳情參見(jiàn)表1。以大規模天線(xiàn)陣列方式集中模式為例，利用空間維度的無(wú)線(xiàn)資源，與小區用戶(hù)的平均頻譜效率相融合，立足于流量增長(cháng)需求及10Gbit/s峰值速率、100Mbit/s用戶(hù)速率體驗，利用簡(jiǎn)單的線(xiàn)形檢測(MRC)，與基站裝備大量天線(xiàn)的小區間干擾形式互成對比，控制無(wú)線(xiàn)開(kāi)放移動(dòng)平臺所構建的天線(xiàn)系統，基本容量可提升至6.7倍(1/16功率)，便于同時(shí)服務(wù)UE平臺[5]。
2.4信息中心網(wǎng)絡(luò )
傳統通信TCP/IP網(wǎng)絡(luò )難以實(shí)現全面海量數據的發(fā)布，而以ICN(信息中心網(wǎng)絡(luò ))為代表的技術(shù)指標日益明顯，被廣泛應用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )體制。立足于實(shí)時(shí)媒體流、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)、多媒體通信等系統構造，避免以主機地質(zhì)為中心的網(wǎng)絡(luò )體系結構，轉用ICN網(wǎng)絡(luò )通信模型，具有快速緩存信息數據、解析網(wǎng)絡(luò )信息等特點(diǎn)，并設定客戶(hù)端移動(dòng)通信方案，如CCN、DONA、Netlnf、TRIAD等。在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )監管體系中，注重利用ICN、IP的雙重結合，針對擴展性、數據移動(dòng)性、數據部署等情況設定實(shí)用型目標戰略，與SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò ))相互融合，考慮數據平面與控制平面的網(wǎng)絡(luò )架構情況，并為其提供動(dòng)態(tài)配置環(huán)境。例如：所提供的專(zhuān)用核心網(wǎng)絡(luò )組件、媒體服務(wù)器、虛擬機管理程序等網(wǎng)絡(luò )應用功能特征，為命名數據網(wǎng)絡(luò )(NDN)構造設計標準，提供通信模式的發(fā)布端點(diǎn)，如圖1所示。結合傳統IP網(wǎng)絡(luò )的設計模型，采用基于信息的安全機制，各種應用均部署于COTS硬件平臺上，與傳統水平分層構架相結合，設定新增接口協(xié)議，滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的架構及其端口流程需求。
2.5SDN/NFV
SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò ))與NFV(網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化)是一種新型的網(wǎng)絡(luò )架構技術(shù)，利用數據分離、軟件化、虛擬化概念，為5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )提供技術(shù)支撐，也是歐盟所公布的5G網(wǎng)絡(luò )發(fā)展審核標準。SDN以基礎設施層(網(wǎng)絡(luò )最底層)、中間層(控制層)、最上層(應用層)為主，涵蓋了API網(wǎng)絡(luò )資源調用內容，通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò )設備的應用平面，集中網(wǎng)絡(luò )控制功能設備儀器，具有簡(jiǎn)化全網(wǎng)管理程序的功效(基本架構詳情參見(jiàn)圖2)。NFV是從網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的角度出發(fā)的網(wǎng)絡(luò )體系，利用IT技術(shù)平臺來(lái)實(shí)現功能虛擬化，并與所對應的功能塊相銜接，便于統一調用相關(guān)虛擬資源。在未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò )應用中，整合SDN/NFV技術(shù)的擬定方案，通過(guò)數據交換、分離、轉發(fā)等業(yè)務(wù)流程，重新部署網(wǎng)絡(luò )經(jīng)營(yíng)體系，簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的架構設計程序(比如：Odin、OpenRF)，對降低基礎設施構建成本具有輔助作用。5G網(wǎng)絡(luò )架構發(fā)展至今，統一要求IMT-2020標準，即基于SDN/NFV網(wǎng)絡(luò )，集中應用于資料中心、云端、行動(dòng)基地臺、家用網(wǎng)路等領(lǐng)域，具有提升網(wǎng)絡(luò )應用效率的功效，從而為用戶(hù)提供更加貼切的體驗服務(wù)。
三、5G移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)化意見(jiàn)
3.1注重云計算，維護數據程序
面向5G移動(dòng)通信時(shí)代，全球物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)將突破500億連接格局，移動(dòng)云計算成為其創(chuàng )新性服務(wù)技術(shù)的典型代表。結合5G移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)分析，明確移動(dòng)行業(yè)內部的IT資源、信息服務(wù)情況，按照基礎設施、應用資源、數據存儲等內容，提供遠端智能計算服務(wù)，包括SssS軟件、PaaS平臺。結合無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)，構建分布式移動(dòng)計算結構，達到保障云計算的客戶(hù)端服務(wù)功效。對于5G移動(dòng)通信技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)主要是幫助解決延遲和寬帶的問(wèn)題，從而彌補非對稱(chēng)數據傳輸能力的缺陷問(wèn)題，為全速移動(dòng)用戶(hù)提供超出150Mb/s的數據服務(wù)，加大移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的整體覆蓋率，便于各種智能設備的全面應用。以某省市移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )研發(fā)課題為例，考慮4G/5G通信系統的異構網(wǎng)絡(luò )特征，提倡在引入無(wú)線(xiàn)新技術(shù)的基礎上，滿(mǎn)足現存制式的接入控制需求，構建無(wú)線(xiàn)資源來(lái)提升數據接入功率(各個(gè)頻段、小區之間的資源占比)。以云計算的“云化”功能、智能傳送網(wǎng)絡(luò )的SDN技術(shù)為基本構成，統一運營(yíng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，具有降低網(wǎng)絡(luò )管理成本的便利特征，深受地方群眾的一致好評。
3.2結合D2D通信，提升系統性能
在5G移動(dòng)通信技術(shù)應用中，D2D通信技術(shù)(Device-to-Device)是基于LTE設備所沿用的基礎功能，以高度集成、接入技術(shù)為主要內容，成為一種大眾化移動(dòng)通信工具。從D2D通信的構成需求方面來(lái)看，當傳遞終端用戶(hù)的數據變成整體傳輸內容時(shí)，利用直接對等D2D通信，可擴展常規設施的覆蓋范圍，轉用更加高效的高速通信合作手段，便于直接接收端口通信信息。實(shí)踐研究中，需要結合D2D通信的基本分類(lèi)——帶內D2D通信、帶外D2D通信，與QoS配置提供相同的無(wú)線(xiàn)資源，與未授權頻譜的額外接口相連接(比如：WiFiDi-rect、ZigBee)，形成近似“蜂窩系統”近距離數據傳輸機制，如圖3所示。在目前的標準化組織3GPP中，已將D2D通信列為5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，與“中國制造2025”計劃所提倡的智能化、個(gè)性化、大規模通信網(wǎng)概念具備直接關(guān)聯(lián)，為爆炸性增長(cháng)的移動(dòng)數據流量、海量終端設備接入系統提供輔助作用(各類(lèi)移動(dòng)智能終端設備市場(chǎng)普及率不斷增高，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )承載數據流量增長(cháng)至10000倍)。
3.3引入內容發(fā)布網(wǎng)絡(luò )，保障服務(wù)質(zhì)量
基于5G移動(dòng)通信技術(shù)與用戶(hù)服務(wù)器之間的密切聯(lián)系，CDN(內容發(fā)布網(wǎng)絡(luò ))結合智能虛擬網(wǎng)絡(luò )的便利優(yōu)勢，考慮各個(gè)節點(diǎn)質(zhì)量的連接狀態(tài)、負載情況、用戶(hù)距離等基本信息，構建多個(gè)代理server數據源，與CDN代理服務(wù)器形成同等距離的連接機制，達到降低互聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )等級的目的。面對5G傳輸速率與系統容量方面的挑戰，通過(guò)增加天線(xiàn)端口(與5G傳輸速率相結合)，與LTE-A形成3～4倍的頻譜效率，指定新型多址技術(shù)與時(shí)頻資源、DNS所接收的相同內容相結合，明確代理服務(wù)器所獲取的數據信息，提升用戶(hù)體驗服務(wù)質(zhì)量，如圖4所示。在IMT-2020(5G)組織標準下，考慮5G移動(dòng)通信技術(shù)的頻譜領(lǐng)域需求，構建5G典型應用場(chǎng)景，其中以CDN、MIMO、OFDM技術(shù)為典型應用指標。面對不同場(chǎng)景及其業(yè)務(wù)需求，設定“20MHz寬帶、2天線(xiàn)收發(fā)條件、實(shí)現113dB自干擾消除能力”研發(fā)背景，展開(kāi)5G標準化技術(shù)研發(fā)試驗，明確相關(guān)基礎設備、專(zhuān)業(yè)需求等基本內容，從而為5G產(chǎn)業(yè)鏈的構建奠定堅實(shí)基礎。
3.4倡導感知網(wǎng)絡(luò )，應用網(wǎng)絡(luò )約束
所謂感知網(wǎng)絡(luò )，即5G移動(dòng)通信技術(shù)所倡導的情境感知技術(shù)，在支撐大量終端數據的基礎上，為用戶(hù)推送個(gè)性、智能信息服務(wù)。在情境感知技術(shù)的實(shí)踐應用中，考慮基礎設備、網(wǎng)絡(luò )元件、網(wǎng)絡(luò )數據庫、分析平臺等內容，立足于QoS移動(dòng)性特征，以訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)屬性所映射的5G配置為基本內容，感知各個(gè)WSN節點(diǎn)所收集的傳感信息，并與計算機設備、PDA、智能手機等設備相聯(lián)合，主動(dòng)為用戶(hù)提供舒適性服務(wù)。以5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為代表智能運營(yíng)業(yè)務(wù)，移動(dòng)設備可支持多種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，由開(kāi)放式傳輸協(xié)議來(lái)實(shí)現管控程序，利用情境感知技術(shù)可為網(wǎng)絡(luò )利用速率提供多樣化通信服務(wù)，用于訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)屬性映射至5G配置特征(基本屬性涵蓋安全等級、QoS、移動(dòng)性、可靠性等)，并與基于Linux的開(kāi)放源代碼操作系統相結合，涵蓋NFC、BLUETOOTH等無(wú)線(xiàn)通信平臺，為“網(wǎng)絡(luò )適應業(yè)務(wù)”提供實(shí)踐輔助(涉及相應業(yè)務(wù)應用、參照運營(yíng)商業(yè)務(wù)策略等內容)。
四、5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢
整合5G移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)，圍繞技術(shù)要點(diǎn)的基本評判指標，從移動(dòng)信號的覆蓋范圍、傳輸速率、系統資源、頻譜利用率等方面考慮，構建5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )應用機制，發(fā)揮通信網(wǎng)絡(luò )的基本功效。目前，5G通信技術(shù)主要以連續廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、功耗連接、時(shí)延寬帶為基本應用場(chǎng)景，立足于用戶(hù)體驗速率、流量密度、能效及其連接數，成為當下解決的主要應用目標。在未來(lái)5G移動(dòng)通信技術(shù)的持續發(fā)展中，以超密集異構網(wǎng)絡(luò )、毫米波通信、大規模MIMO技術(shù)等內容為典型代表，改建原有的OFDM技術(shù)(正交頻分復用)，為5G系統的關(guān)鍵技術(shù)提供更加便捷化的適用條件。從綜合實(shí)踐方面來(lái)看，5G網(wǎng)絡(luò )融合多種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可為解決頻率許可、頻譜管理問(wèn)題提供參考價(jià)值，具有較強的安全性能、經(jīng)濟收益。改革傳統的移動(dòng)通信技術(shù)還需進(jìn)一步努力，是當下移動(dòng)通信技術(shù)應用的實(shí)踐研究課題。
五、結語(yǔ)
綜上所述，5G移動(dòng)通信系統作為一種新型網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。本文明確該系統的基本構成內容和發(fā)展趨勢，結合相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)內容，提供合理化參考意見(jiàn)，以期為用戶(hù)提供更加便捷、高效的輔助作用。
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