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5G移動通信技術(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(xiàn)代化、多元化方向發(fā)展。為了滿足當前科技網(wǎng)絡的發(fā)展需要，我國進行了全面的移動通信技術(shù)改革，而目前的主要改革方向之一就是5G移動通信技術(shù)。下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：5G移動通信技術(shù)作為后4G時代的衍生產(chǎn)物，成為面向2020年所推崇的新一代智能型移動通信系統(tǒng)，其發(fā)展狀況備受社會公眾的關(guān)注。目前，以4G為典型代表的移動通信技術(shù)正處于快速建設階段，5G移動通信發(fā)展進入初級探究工序，相關(guān)技術(shù)要點、性能特征、網(wǎng)絡功能還有待進一步探究。因此，明確5G移動通信系統(tǒng)的定位內(nèi)容成為當下的實踐要務，對移動通信網(wǎng)絡的持續(xù)發(fā)展具備積極影響�；诖�，本文結(jié)合5G移動通信技術(shù)，論述基本發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵要點，為其提供幾點優(yōu)化意見，以供相關(guān)研究參考。
關(guān)鍵詞：5G移動通信;5G關(guān)鍵技術(shù);無線網(wǎng)絡;云計算;D2D通信
引言
自網(wǎng)絡技術(shù)正式進入應用階段后，移動通信成為人們生活中必不可少的構(gòu)成部分。倡導高性能、高效率的通信系統(tǒng)，早已成為社會公眾積極追求的實踐要務。4G移動通信最早起源于2000年的中后期，面對無線技術(shù)的高數(shù)據(jù)傳輸速率，第四代無線通信技術(shù)難以全面適應數(shù)據(jù)速率理論需求，而5G通信系統(tǒng)因2012歐盟所啟動的METIS項目備受關(guān)注。當前，開展5G移動通信網(wǎng)絡研究活動顯得尤為關(guān)鍵，便于穩(wěn)定移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎性能[1]。5G移動通信系統(tǒng)整合以往通信機制的便利優(yōu)勢，杜絕單一化的無線接入技術(shù)，基本傳輸速率可達10Gb/s，自身覆蓋率相比其他通信系統(tǒng)更具實際效益，成為實際可行的融合網(wǎng)絡，值得應用于實踐研究。
一、5G移動通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
在3G/4G通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展背景下，5G移動通信技術(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(nèi)容，也是后4G時代通信技術(shù)高效發(fā)展的關(guān)鍵要務。目前，5G需求及其頻譜、技術(shù)要點研究工作正在穩(wěn)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(qū)動標準化活動，5G移動網(wǎng)絡的初始化定義為“以用戶為中心”。相比4G網(wǎng)絡的“以服務為中心”概念更具實際效益，5G網(wǎng)絡具有更高的移動性能，數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Gb/s，早已成為社會公眾高度關(guān)注的移動通信技術(shù)。
二、5G移動通信技術(shù)的關(guān)鍵要點
2.1無線接入技術(shù)
考慮5G移動通信技術(shù)的設計特征，無線接入技術(shù)作為其關(guān)鍵性要點，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(nèi)容，利用更加廣泛的信號寬帶，為用戶提供更加便捷化的應用指標�；跓o線接入技術(shù)的應用范圍，BDMA圍繞FDMA(頻分多址)、CDMA(碼分多址)等內(nèi)容，利用有限的頻譜資源來輔助多址接入系統(tǒng)，為5G技術(shù)的無線接口提供頻率、時間資源[3];NOMA作為一種新型調(diào)制方法，從OFDM信號入手，解決技術(shù)正交時間窗口的缺陷問題，達到傳輸時延、頻率補償建設目的，滿足濾波器多載波的同步頻率構(gòu)造需求。為適應5G系統(tǒng)的內(nèi)在容量、基本構(gòu)成等技術(shù)特征，考慮MS位置的天線波束情況，在維持LOS狀態(tài)的基礎上，智能調(diào)整波束情況，具備穩(wěn)定網(wǎng)絡技術(shù)可靠性能的技術(shù)表征。結(jié)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)無線配置、FFT塊CP信號參數(shù)等，具有較強的適用價值。
2.2超密集異構(gòu)網(wǎng)絡
在5G通信技術(shù)的發(fā)展過程中，強化低功率節(jié)點數(shù)量、縮減小區(qū)半徑成為基本技術(shù)指標。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡是基于提升數(shù)據(jù)流量所衍生的構(gòu)成要點，可保證5G網(wǎng)絡的智能終端普及效益�？紤]2020年無線網(wǎng)絡所設置的無線節(jié)點情況，密集部署網(wǎng)絡可有效縮減終端設備與各個節(jié)點間的實際距離，便于增強網(wǎng)絡功率和頻譜效率，對不同接入技術(shù)的覆蓋層次性能也有所幫助。此外，從無線網(wǎng)絡站點與節(jié)點設置情況來看，依據(jù)現(xiàn)有站點的10倍以上范圍，并將其維持在10～15m范圍內(nèi)容(每1km2滿足25000用戶需求)，緩解用戶基數(shù)與站點數(shù)值1:1比例情況。同時，結(jié)合網(wǎng)絡動態(tài)部署技術(shù)，準確感知各個相鄰節(jié)點，完成選擇網(wǎng)絡、協(xié)調(diào)節(jié)點間距、實現(xiàn)網(wǎng)絡業(yè)務等工序，為QoS需求所帶來的差異性提供優(yōu)化舉措。以5G異構(gòu)網(wǎng)絡超密集場景的跨層干擾協(xié)調(diào)優(yōu)化為例，由于小站覆蓋范圍較小，微小區(qū)網(wǎng)絡具有能耗效率高、信號質(zhì)量好等優(yōu)勢。利用ABS站點配置策略，宏觀規(guī)劃節(jié)點區(qū)域范圍與鄰區(qū)間干擾情況，統(tǒng)計小站區(qū)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(qū)間吸收用戶數(shù)量，計算各個UE所提供的信息服務數(shù)據(jù)(跨層干擾協(xié)調(diào)優(yōu)化方法)，協(xié)調(diào)用戶和業(yè)務各自的差異性，為其節(jié)能配置、節(jié)點協(xié)調(diào)提供輔助作用[4]。
2.3大規(guī)模MIMO
在2016世界電信標準化全會(WTSA16)中，與ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標準化部門)形成統(tǒng)一共識，我國正式提出推進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至數(shù)十倍(連接100萬用戶/平方公里)，成為市場標準化競爭的核心技術(shù)。其中，大規(guī)模MIMO作為5G通信系統(tǒng)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，成為無線鏈路頻譜效率技術(shù)的典型代表，與“多用戶MIMO”概念具備相似之處，并與相同頻塊的用戶基站形成同步發(fā)展機制(當用戶數(shù)據(jù)達到一定數(shù)量時，頻譜效率可提升至5～10倍，與小區(qū)邊緣相關(guān)的能量更佳)，天線數(shù)量同比增加1～2個數(shù)量級，有效解決天線信道的容量問題。目前，大規(guī)模MIMO技術(shù)依然是移動通信領域容量潛力最為突出的技術(shù)之一。針對5G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，仍需有效解決。結(jié)合發(fā)送端和接收端所匹配的天線設備，穩(wěn)定傳輸速率、傳輸可靠性，實現(xiàn)MIMO技術(shù)標準化進程，詳情參見表1。以大規(guī)模天線陣列方式集中模式為例，利用空間維度的無線資源，與小區(qū)用戶的平均頻譜效率相融合，立足于流量增長需求及10Gbit/s峰值速率、100Mbit/s用戶速率體驗，利用簡單的線形檢測(MRC)，與基站裝備大量天線的小區(qū)間干擾形式互成對比，控制無線開放移動平臺所構(gòu)建的天線系統(tǒng)，基本容量可提升至6.7倍(1/16功率)，便于同時服務UE平臺[5]。
2.4信息中心網(wǎng)絡
傳統(tǒng)通信TCP/IP網(wǎng)絡難以實現(xiàn)全面海量數(shù)據(jù)的發(fā)布，而以ICN(信息中心網(wǎng)絡)為代表的技術(shù)指標日益明顯，被廣泛應用于移動通信網(wǎng)絡體制。立足于實時媒體流、網(wǎng)頁服務、多媒體通信等系統(tǒng)構(gòu)造，避免以主機地質(zhì)為中心的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)用ICN網(wǎng)絡通信模型，具有快速緩存信息數(shù)據(jù)、解析網(wǎng)絡信息等特點，并設定客戶端移動通信方案，如CCN、DONA、Netlnf、TRIAD等。在5G移動通信網(wǎng)絡監(jiān)管體系中，注重利用ICN、IP的雙重結(jié)合，針對擴展性、數(shù)據(jù)移動性、數(shù)據(jù)部署等情況設定實用型目標戰(zhàn)略，與SDN(軟件定義網(wǎng)絡)相互融合，考慮數(shù)據(jù)平面與控制平面的網(wǎng)絡架構(gòu)情況，并為其提供動態(tài)配置環(huán)境。例如：所提供的專用核心網(wǎng)絡組件、媒體服務器、虛擬機管理程序等網(wǎng)絡應用功能特征，為命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(NDN)構(gòu)造設計標準，提供通信模式的發(fā)布端點，如圖1所示。結(jié)合傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡的設計模型，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(tǒng)水平分層構(gòu)架相結(jié)合，設定新增接口協(xié)議，滿足5G網(wǎng)絡技術(shù)的架構(gòu)及其端口流程需求。
2.5SDN/NFV
SDN(軟件定義網(wǎng)絡)與NFV(網(wǎng)絡功能虛擬化)是一種新型的網(wǎng)絡架構(gòu)技術(shù)，利用數(shù)據(jù)分離、軟件化、虛擬化概念，為5G移動通信網(wǎng)絡提供技術(shù)支撐，也是歐盟所公布的5G網(wǎng)絡發(fā)展審核標準。SDN以基礎設施層(網(wǎng)絡最底層)、中間層(控制層)、最上層(應用層)為主，涵蓋了API網(wǎng)絡資源調(diào)用內(nèi)容，通過控制網(wǎng)絡設備的應用平面，集中網(wǎng)絡控制功能設備儀器，具有簡化全網(wǎng)管理程序的功效(基本架構(gòu)詳情參見圖2)。NFV是從網(wǎng)絡運營商的角度出發(fā)的網(wǎng)絡體系，利用IT技術(shù)平臺來實現(xiàn)功能虛擬化，并與所對應的功能塊相銜接，便于統(tǒng)一調(diào)用相關(guān)虛擬資源。在未來5G網(wǎng)絡應用中，整合SDN/NFV技術(shù)的擬定方案，通過數(shù)據(jù)交換、分離、轉(zhuǎn)發(fā)等業(yè)務流程，重新部署網(wǎng)絡經(jīng)營體系，簡化無線網(wǎng)絡的架構(gòu)設計程序(比如：Odin、OpenRF)，對降低基礎設施構(gòu)建成本具有輔助作用。5G網(wǎng)絡架構(gòu)發(fā)展至今，統(tǒng)一要求IMT-2020標準，即基于SDN/NFV網(wǎng)絡，集中應用于資料中心、云端、行動基地臺、家用網(wǎng)路等領域，具有提升網(wǎng)絡應用效率的功效，從而為用戶提供更加貼切的體驗服務。
三、5G移動通信技術(shù)的優(yōu)化意見
3.1注重云計算，維護數(shù)據(jù)程序
面向5G移動通信時代，全球物聯(lián)網(wǎng)服務將突破500億連接格局，移動云計算成為其創(chuàng)新性服務技術(shù)的典型代表。結(jié)合5G移動通信技術(shù)的關(guān)鍵要點分析，明確移動行業(yè)內(nèi)部的IT資源、信息服務情況，按照基礎設施、應用資源、數(shù)據(jù)存儲等內(nèi)容，提供遠端智能計算服務，包括SssS軟件、PaaS平臺。結(jié)合無線接入網(wǎng)技術(shù)特點，構(gòu)建分布式移動計算結(jié)構(gòu)，達到保障云計算的客戶端服務功效。對于5G移動通信技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)主要是幫助解決延遲和寬帶的問題，從而彌補非對稱數(shù)據(jù)傳輸能力的缺陷問題，為全速移動用戶提供超出150Mb/s的數(shù)據(jù)服務，加大移動通信網(wǎng)絡的整體覆蓋率，便于各種智能設備的全面應用。以某省市移動通信網(wǎng)絡研發(fā)課題為例，考慮4G/5G通信系統(tǒng)的異構(gòu)網(wǎng)絡特征，提倡在引入無線新技術(shù)的基礎上，滿足現(xiàn)存制式的接入控制需求，構(gòu)建無線資源來提升數(shù)據(jù)接入功率(各個頻段、小區(qū)之間的資源占比)。以云計算的“云化”功能、智能傳送網(wǎng)絡的SDN技術(shù)為基本構(gòu)成，統(tǒng)一運營移動通信網(wǎng)絡，具有降低網(wǎng)絡管理成本的便利特征，深受地方群眾的一致好評。
3.2結(jié)合D2D通信，提升系統(tǒng)性能
在5G移動通信技術(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(nèi)容，成為一種大眾化移動通信工具。從D2D通信的構(gòu)成需求方面來看，當傳遞終端用戶的數(shù)據(jù)變成整體傳輸內(nèi)容時，利用直接對等D2D通信，可擴展常規(guī)設施的覆蓋范圍，轉(zhuǎn)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。實踐研究中，需要結(jié)合D2D通信的基本分類——帶內(nèi)D2D通信、帶外D2D通信，與QoS配置提供相同的無線資源，與未授權(quán)頻譜的額外接口相連接(比如：WiFiDi-rect、ZigBee)，形成近似“蜂窩系統(tǒng)”近距離數(shù)據(jù)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、個性化、大規(guī)模通信網(wǎng)概念具備直接關(guān)聯(lián)，為爆炸性增長的移動數(shù)據(jù)流量、海量終端設備接入系統(tǒng)提供輔助作用(各類移動智能終端設備市場普及率不斷增高，移動通信網(wǎng)絡承載數(shù)據(jù)流量增長至10000倍)。
3.3引入內(nèi)容發(fā)布網(wǎng)絡，保障服務質(zhì)量
基于5G移動通信技術(shù)與用戶服務器之間的密切聯(lián)系，CDN(內(nèi)容發(fā)布網(wǎng)絡)結(jié)合智能虛擬網(wǎng)絡的便利優(yōu)勢，考慮各個節(jié)點質(zhì)量的連接狀態(tài)、負載情況、用戶距離等基本信息，構(gòu)建多個代理server數(shù)據(jù)源，與CDN代理服務器形成同等距離的連接機制，達到降低互聯(lián)網(wǎng)動態(tài)網(wǎng)絡等級的目的。面對5G傳輸速率與系統(tǒng)容量方面的挑戰(zhàn)，通過增加天線端口(與5G傳輸速率相結(jié)合)，與LTE-A形成3～4倍的頻譜效率，指定新型多址技術(shù)與時頻資源、DNS所接收的相同內(nèi)容相結(jié)合，明確代理服務器所獲取的數(shù)據(jù)信息，提升用戶體驗服務質(zhì)量，如圖4所示。在IMT-2020(5G)組織標準下，考慮5G移動通信技術(shù)的頻譜領域需求，構(gòu)建5G典型應用場景，其中以CDN、MIMO、OFDM技術(shù)為典型應用指標。面對不同場景及其業(yè)務需求，設定“20MHz寬帶、2天線收發(fā)條件、實現(xiàn)113dB自干擾消除能力”研發(fā)背景，展開5G標準化技術(shù)研發(fā)試驗，明確相關(guān)基礎設備、專業(yè)需求等基本內(nèi)容，從而為5G產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建奠定堅實基礎。
3.4倡導感知網(wǎng)絡，應用網(wǎng)絡約束
所謂感知網(wǎng)絡，即5G移動通信技術(shù)所倡導的情境感知技術(shù)，在支撐大量終端數(shù)據(jù)的基礎上，為用戶推送個性、智能信息服務。在情境感知技術(shù)的實踐應用中，考慮基礎設備、網(wǎng)絡元件、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫、分析平臺等內(nèi)容，立足于QoS移動性特征，以訪問服務屬性所映射的5G配置為基本內(nèi)容，感知各個WSN節(jié)點所收集的傳感信息，并與計算機設備、PDA、智能手機等設備相聯(lián)合，主動為用戶提供舒適性服務。以5G移動網(wǎng)絡技術(shù)為代表智能運營業(yè)務，移動設備可支持多種無線網(wǎng)絡，由開放式傳輸協(xié)議來實現(xiàn)管控程序，利用情境感知技術(shù)可為網(wǎng)絡利用速率提供多樣化通信服務，用于訪問服務屬性映射至5G配置特征(基本屬性涵蓋安全等級、QoS、移動性、可靠性等)，并與基于Linux的開放源代碼操作系統(tǒng)相結(jié)合，涵蓋NFC、BLUETOOTH等無線通信平臺，為“網(wǎng)絡適應業(yè)務”提供實踐輔助(涉及相應業(yè)務應用、參照運營商業(yè)務策略等內(nèi)容)。
四、5G移動通信技術(shù)的發(fā)展趨勢
整合5G移動通信技術(shù)的關(guān)鍵要點，圍繞技術(shù)要點的基本評判指標，從移動信號的覆蓋范圍、傳輸速率、系統(tǒng)資源、頻譜利用率等方面考慮，構(gòu)建5G移動通信網(wǎng)絡應用機制，發(fā)揮通信網(wǎng)絡的基本功效。目前，5G通信技術(shù)主要以連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量、功耗連接、時延寬帶為基本應用場景，立足于用戶體驗速率、流量密度、能效及其連接數(shù)，成為當下解決的主要應用目標。在未來5G移動通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展中，以超密集異構(gòu)網(wǎng)絡、毫米波通信、大規(guī)模MIMO技術(shù)等內(nèi)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(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)提供更加便捷化的適用條件。從綜合實踐方面來看，5G網(wǎng)絡融合多種無線通信技術(shù)，可為解決頻率許可、頻譜管理問題提供參考價值，具有較強的安全性能、經(jīng)濟收益。改革傳統(tǒng)的移動通信技術(shù)還需進一步努力，是當下移動通信技術(shù)應用的實踐研究課題。
五、結(jié)語
綜上所述，5G移動通信系統(tǒng)作為一種新型網(wǎng)絡技術(shù)。本文明確該系統(tǒng)的基本構(gòu)成內(nèi)容和發(fā)展趨勢，結(jié)合相關(guān)技術(shù)要點內(nèi)容，提供合理化參考意見，以期為用戶提供更加便捷、高效的輔助作用。
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