5G移动通信的应用与发展方向探析

5G移动通信的应用与发展方向探析

作者：姜浩 杜金

来源：《科学与财富》2018年第09期

摘 要：进入21世纪以来，我国的互联网通讯技术日新月异，从最早的2G，到后来的3G，到目前的4G，数据传输速度发生了日新月异的变化和提升。如今，走在大街小巷，人们的生活早已离不开4G网络，它极大地带来了人们衣食住行方式的改变。然而，从目前的情况看，在一些特殊或紧急的情况下，通讯网络不稳定或滞后的情况也时有发生，社会发展对更高级别的网络技术的需求势在必行。在此趋势下，5G网络技术成为当前互联网通讯技术的发展方向和重点。本文中，笔者对5G网络技术的发展前景、应用功能、技术难点等进行综合性分析与介绍。

关键词：5G技术；应用现状；发展前景 一、5G网络通信技术概述

4G网络技术的出现带来了我们生活生产的各个领域的变革与发展，极高的传输速度带来的是整个通信行业的改革与前进。可以说4G网络技术有很多优点，包括传输的安全性、高速性等。然而，随着4G的不断发展，也逐渐暴露出一些缺陷和问题，如，在传输过程中，对传输协议的理解和判断还需要很长的时间，同时4G传输系统的速度并没有真正的达到我们心目中想要的速度，在需要进行秒传数据的时候，还是会出现一些问题。由于这些原因的存在，我们需要迫切的发展第五代通信系统--5G系统，5G互联网通信系统是未来网络领域的发展方向，将成为网络领域最耀眼的明星。但是当前我们国家对于5G系统的发展也只是有一个初步的设想，在许多方面还没有形成统一的标准，所以这需要行业一起努力，共同制定5G网络的标准，解决5G网络发展中遇到的难题，共筑5G网络发展的宏伟蓝图。 二、5G网络的关键技术

我们使用的3G和4G网络通信技术，传输时采用的频率大多在3.2GHz以下。但是由于传输使用的频率较低，所以在传输过程中会造成某些重要信号的丢失，而且在低频段传输下，我们容易被外界环境干扰，同时我们传输速度也会被限制。而我们国家互联网用户量非常巨大，很多企业也需要借助互联网工具处理公司业务，4G技术已经满足不了这些大企业大用户的需求了，所以我们更要加快脚步，将5G技术运用到实际生产生活中。 （一）高频传输技术

目前，根据数据计算得出，当5G网络技术的传输频率在30GHz的时候，可以有效的避免数据丢失这个问题，但如果想用30GHz传输数据，就需要在硬件和软件设备上一起改进，而且采用30GHz传输也会出现其他问题，比如传输的信号发生源需要更大的功率，接收信号的

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信号搭需要搭建的更高，接受信号的信号站需要配备专门的变频系统等等，这都需要我们继续研究，继续思考，努力解决这些问题，为5G系统的发展铺平道路。现在移动网络工作站发送的信号都是在相对较低的频段，低频段的好处的是传播性能优越，可以使运营商用较少的成本（少量基站）达到很好的覆盖。但是有一点不足就是低频段的连续频率资源非常宝贵，在国外各大运营商会通过竞标的方式购买频段的使用权，而在我们国家是政府分配。在4GLTE中单个载波最大的频率范围是20MHz，通过载波聚合技术可以将多个非连续的载波合起来使用达到更高的速率，但是这样还依然不够。5G的一个特点就是高频，受限于高频的传播性能，所以很多的高频段频率资源没有被使用，这正是5G可以好好利用的资源。但是如何解决高频通信的传播问题呢？这就轮到大规模天线（massiveMIMO）登场的时候了，高频资源的频率很高，波长就很短（毫米波），那么在天线设计的时候可以做到天线阵子和他们之间的距离很小，就可以在很小的范围内集成天线阵列。天线阵子数量的增加可以带来额外的增益，结合波束赋形，波束追踪技术以弥补高频通信在传播上的受限。 （二）多址技术

我们知道3G和4G技术也都采用了多址技术，但是在3G和4G技术中我们往往只设置很少数的基站，来进行信号交流、接收、传递，这是由于我们基站有许多信道，而每一个信道用来传输一种信息，就会造成资源浪费。在我们第五代的传输技术设计中，我们将采用更先进的NOMA技术，这个技术采用的是非正交发送接收的技术，通过对干扰信号进行调制解调和滤波，可以很快、很精确的得到我们所需的信号。而我们即将发展的5G技术将在这个技术的基础上，将基站进行硬件改造，让我们数据在传输的过程中可以只借助一个信道进行多种数据的传输，这样就会节省出我们分析信道的时间了，同时我么你也会从软件方面进一步提高数据传输的速率，提升5G网络的整体性能。 （三）多天线传输技术

每一个基站我们只会用一根主要的天线和几十根辅助的天线来发送和接收数据。如果我们从理论出发，每增加一根天线，就能够保证数据传输的质量和容量，但是如果我们采用的天线过多也会出现每根天线数据接收不均的问题。所以我们可以采用LSAS技术，将每根天线负责的领域用数学建模的方法给计算出来。对于接收不同频率的信号，我们也可以将这些信号的帧进行详细的分类，得到不同的帧板块，来接收存放这些信息。如果我们能够采用LSAS技术，我们也可以将基站的天线增加至几百根，这就从根本上解决了基站传输容量不够的问题，可以使基站的接受效率提高数十个量级。 三、5G网络的发展趋势

5G网络一旦出现，不仅可以替代以前3G和4G网络的所有功能，还拥有许多当前新型科技的所需要的功能。比如我们军队在指挥时，需要快速的将敌方位置的坐标发给导弹指挥部，这需要瞬间传输完成，而且期间还要具有十分良好的安全保障性能，5G技术能够很好的满足其要求。当我们想要完全实现无人驾驶这项技术的时候，我们需要更快，更高效的将指令发给

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汽车的控制中心，这同样需要高质量的数据传递，但是目前的4G技术远远达不到要求，而5G技术在这一方面拥有得天独厚的优势。 （一）低时延高可靠技术

LTE网络的出现使移动网络的时延迈进了100ms的关口，使对实时性要求比较高的应用如游戏，视频，数据电话成为可能。而5G网络的出现，将会使时延降到更低，会为更多对时延要求极致的应用提供生长的土壤。降低时延的技术原理：LTE中的一个TTI是1ms，而5G将通过对帧结构的优化设计，将每个子帧在时域上进行缩短从而在物理层上进行时延的优化。相信在后期5G信令的设计上也会采用以降低时延为目标的信令结构优化。这个技术可以很好的应用于远程医疗手术、远程驾驶车、联网自动驾驶、工业控制等领域。 （二）大容量技术

物联网这个话题最近几年来一直占据着热门，但是受限于终端的功耗以及无线网络的覆盖，广域物联网仍处于萌芽的状态，伴随着5G网络大容量技术的出现，就可以解决这个问题。大容量技术可以应用于物联网、智慧城市、智慧家居、智慧电网、智能放牧、种植物流、实时追踪等新兴领域。 四、结束语

物联网和移动互联网的发展共同推动了移动通信网络的不断更新，当4G系统不能满足当前新型移动通信业务的需要时，5G网络的相关研究工作开始启动。目前关于5G网络的研究还处于初级阶段，随着研究的不断深入，5G网络的发展前景良好，移动通信网络必将迈向一个新时代。 参考文献：

[1]赵凯丽.浅析5G移动通信技术及未来发展趋势[J].数字技术与应用，2015（6）：68-68. [2]王广增.关于5G移动通信关键技术的分析及其未来发展前景分析[J].中国新通信，2015，17（19）：56-56.

[3]康建中.5G移动通信的应用现状及发展趋势探析[J].通讯世界，2016，18（16）：46-46.