论文部分内容阅读
[摘 要]随着科技的发展，通信网络不断更新，特别是无线技术，第四代移动通信系统（4G）的技术己经逐渐成熟，因此，各个国家也开始着眼于第五代移动通信技术（5G）的研究与开发。我国目前在5G技术方面的研究重点就是如何将现行的技术和未来潜在的新技术实现融合与发展。解释并介绍了5G目前的概念以及性能，研究了5G移动通信网络的关键技术，主要有大规模MIMO技术、毫米波通信技术以及D2D通信技术等。同时，也对国内外有关于5G技术的研究现状进行了探索，最后分析了5G移动通信网络的发展趋势以及面临的问题与挑战，为今后5G通信网络的正式推出做好相应的准备。
[关键词]5G；毫米波通信；大规模MIMO；关键技术
中图分类号：TU637 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0300-01
1 5G通信网络的关键技术
在2015年，ITU正式确定了5G的未来发展目标，关于确立5G标准的研究也随之提上日程，2016年，5G将有望实现全球统一标准，然而现階段的标准制定则急需确定如何解决低频与高频、移动宽带与物联网应用的标准工作优先级这两大关键问题。下面则介绍几个有关于5G通信网络的关键技术，包括大规模MIMO技术、毫米波通信技术以及D2D通信技术。
1.1 大规模MIMO技术
5G网络的关键技术为大规模MIMO技术，也是提升频谱效率的核心技术。所谓大规模MIMO技术也称为大型天线系统，是在4G基础上由最多8根天线达到最多数百至数千根服务天线的使用，该技术的改革可使该基站的多个用户实现同时即时通信。额外的天线有助于把信号能量传输和接收整合到一个很小的空间，这使得在同时调度大量用户终端时获得了巨大的吞吐量和能源效率的改善。大规模MIMO技术最初的设想是时分双工（TDD）的操作，但也可以被应用在频分双工（FDD）操作。大规模MIMO技术的其他优点包括其使用的元件廉价且低功耗，可以减少延迟以及被用户所广泛使用，大规模MIMO技术使得许多传统研究的问题获得了解决，并且对于信息方向有了全新的进展以及研究方向。同时，在大规模MIMO技术上，也有了一些新的研究问题迫切的需要关注。例如，如何将大量低成本低精度的部件有效地结合在一起，终端如何分配新加入的资源，怎样开发额外的天线用来提供服务以及如何降低内部功耗达到总能源效率的降低等等。
1.2 毫米波通信技术
这种技术及理论向着两个方向发展，主要是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。目前世界上现在所用的频段资源是非常稀缺的，所用的无线电信系统频谱都在6GHz以下，而处在毫米波频段上（3GHz-60GHz）的资源却非常丰富，尚未被充分开发利用，因此5G将在9.9GHz到86GHz上展开全新RAT技术研究，以LTE技术为基础用来做网络广域覆盖的研究，9.9GHz-86GHz主要用来做超密集网络（UDN），所以UDN层和LTE层将会是重叠覆盖，并且互操作祸合。随着基站天线规模的增加，能够在有限的空间内部署更多天线也要求通信的波长不能太长。
1.3 D2D通信技术
设备间的通信便是D2D通信的通俗说法，主要是为了提升客户体验，同时提高用户的使用质量等。其最早提出是用来解决蜂窝网络中数据传输所造成的流量大幅度增长的问题。从2013年起，由于5G的兴起，世界开始着重对D2D通信技术进行了研讨，现在，D2D技术己经成为了4G}5G的关键技术之一。目前，D2D技术的发展也从初期的用基站协调来从而建立D2D通信到如今己经发展成可以由基站协调或者基站完全不参与的情况。国内外很多研究者也开始研究如何利用D2D设备作为中继，使不在基站覆盖范围内的设备也可以直接接入蜂窝网络。相比于蓝牙和WIFI等技术，D2D通信的优势是其工作在蜂窝系统的频段，即使通信双方增加了通信距离后仍能保证用户体验质量。同时D2D通信也可以实现高于其他传输设备的传输速率以及相对较低的时延性，D2D通信相比耗电较大的WIFI也具有较低的功耗这个优点。目前，D2D通信主要采取广播、多播、单播三种形式，因此其与蜂窝移动网络相比更难调度，也更为复杂，这是目前亚待解决的问题。
2 5G末来的应用与趋势
传统的3G和4G技术主要是以移动互联网为基础，未来的5G网络同样以此为落脚点，并由像视频这样的业务驱动容量和数据速率。目前，5G技术的研究己经达到了第一阶段，即实现了技术研究的突破，对于5G通信的关键核心技术各国都己经有了相应的定义。ITU于2015年6月也己正式定义了关于5G的标准，我国华为公司于2016年在成都完成了有关于5G室外使用的性能测试的外场试验，并计划于2020年实现5G的商业化以及普及化。而其今后的未来趋势将体现于以下几个方面：
①网络层信息安全和隐私：目前的网络层信息安全及隐私都是基于传统计算机网络的分析方法，而5G今后使用的是无线通信技术，其与传统分析方法具有十分大的差别，因此怎样在5G环境下解决有关于用户隐私及终端安全的问题将会是今后5G发展所必需的研究方向，同时对编码、时延性、路由器方面的优化也是今后的发展方向。②深海地下高空通信：由于目前4G与3G的本质区别是速度方面的飞跃，因此5G需要解决的技术问题就是关于在各个地区，如深海、地下、高空等偏僻地区实现良好的数据传输。而水下、地下与高空通信一直是一个难题，目前可以在这些地方进行传输所需要的是声波或激光，而其本身具有很大的局限性，由于距离、遮掩物以及时延的影响为水下地下以及高空中的正常通信带来了极大的困扰。G技术的开发将会给这些领域上带来极大的影响，为今后的探索探测具有深远意义。③纳米通信：近年来，纳米通信也有了长足的发展，从微观角度来分析以及运用其特性来研究有关于5G的技术应用。也有研究者提出借鉴细胞和病毒的传播机理来研究无线通信体制的设计，进而研究天线调制和容量分析等等。④社交网络：由于5G技术的长足发展，提出了六度分隔理论，这使得精确数学描述和物理映射成为了一个今后发展研究的难题，其决定了社交网络的理论基础。社交网络被称为虚拟世界，在今后的3D眼镜，虚拟技术方面做出了极大的贡献。⑤软件定义网络：3G，4G时期是从底层的兼容J险、拓展性以及适变性角度来分析有关SDR，CR等技术，而5G技术标准制定之后，可将传统网络中的数据平面与控制平面分离，更好地实现网络融合。
之前传统网络是什么样的网络决定了什么的业务，而现在发展的趋势则是由一个控制平面来调度，从而打破传统网络间的区分。
3 结束语
在4G技术还未全面普及的今天，5G的关键技术大规模MIMO技术、毫米波通信技术以及D2D通信技己经在实践中得到了验证，同时所得到的结果也符合预期，这充分表明了移动通信技术发展之迅速。尽管5G的标准还未真正形成，但是作为电信相关的学生，应该跟随通信方面的大方向，在2020年5G正式进入公众视野之前便对其有一定的了解。本文简单介绍了5G的概述以及国内外有关于5G的研究现状，同时也对5G的关键技术及我国目前对于这些技术的研究进展做了一定的叙述，同时也对未来5G可能应用的领域以及发展方向做了一定的畅想。5G一定会依据其高速率低功耗以及稳定性占据全球的通信方式，因此，应全力推动有关于5G相关技术的发展并对其今后的推广与实行进行更深入的研究。
参考文献
[1] 余莉，张治中，程方，等.第五代移动通信网络系架构机器关键技术[J].重庆邮电大学学报，2016.26（4）：427-433.
[关键词]5G；毫米波通信；大规模MIMO；关键技术
中图分类号：TU637 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0300-01
1 5G通信网络的关键技术
在2015年，ITU正式确定了5G的未来发展目标，关于确立5G标准的研究也随之提上日程，2016年，5G将有望实现全球统一标准，然而现階段的标准制定则急需确定如何解决低频与高频、移动宽带与物联网应用的标准工作优先级这两大关键问题。下面则介绍几个有关于5G通信网络的关键技术，包括大规模MIMO技术、毫米波通信技术以及D2D通信技术。
1.1 大规模MIMO技术
5G网络的关键技术为大规模MIMO技术，也是提升频谱效率的核心技术。所谓大规模MIMO技术也称为大型天线系统，是在4G基础上由最多8根天线达到最多数百至数千根服务天线的使用，该技术的改革可使该基站的多个用户实现同时即时通信。额外的天线有助于把信号能量传输和接收整合到一个很小的空间，这使得在同时调度大量用户终端时获得了巨大的吞吐量和能源效率的改善。大规模MIMO技术最初的设想是时分双工（TDD）的操作，但也可以被应用在频分双工（FDD）操作。大规模MIMO技术的其他优点包括其使用的元件廉价且低功耗，可以减少延迟以及被用户所广泛使用，大规模MIMO技术使得许多传统研究的问题获得了解决，并且对于信息方向有了全新的进展以及研究方向。同时，在大规模MIMO技术上，也有了一些新的研究问题迫切的需要关注。例如，如何将大量低成本低精度的部件有效地结合在一起，终端如何分配新加入的资源，怎样开发额外的天线用来提供服务以及如何降低内部功耗达到总能源效率的降低等等。
1.2 毫米波通信技术
这种技术及理论向着两个方向发展，主要是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。目前世界上现在所用的频段资源是非常稀缺的，所用的无线电信系统频谱都在6GHz以下，而处在毫米波频段上（3GHz-60GHz）的资源却非常丰富，尚未被充分开发利用，因此5G将在9.9GHz到86GHz上展开全新RAT技术研究，以LTE技术为基础用来做网络广域覆盖的研究，9.9GHz-86GHz主要用来做超密集网络（UDN），所以UDN层和LTE层将会是重叠覆盖，并且互操作祸合。随着基站天线规模的增加，能够在有限的空间内部署更多天线也要求通信的波长不能太长。
1.3 D2D通信技术
设备间的通信便是D2D通信的通俗说法，主要是为了提升客户体验，同时提高用户的使用质量等。其最早提出是用来解决蜂窝网络中数据传输所造成的流量大幅度增长的问题。从2013年起，由于5G的兴起，世界开始着重对D2D通信技术进行了研讨，现在，D2D技术己经成为了4G}5G的关键技术之一。目前，D2D技术的发展也从初期的用基站协调来从而建立D2D通信到如今己经发展成可以由基站协调或者基站完全不参与的情况。国内外很多研究者也开始研究如何利用D2D设备作为中继，使不在基站覆盖范围内的设备也可以直接接入蜂窝网络。相比于蓝牙和WIFI等技术，D2D通信的优势是其工作在蜂窝系统的频段，即使通信双方增加了通信距离后仍能保证用户体验质量。同时D2D通信也可以实现高于其他传输设备的传输速率以及相对较低的时延性，D2D通信相比耗电较大的WIFI也具有较低的功耗这个优点。目前，D2D通信主要采取广播、多播、单播三种形式，因此其与蜂窝移动网络相比更难调度，也更为复杂，这是目前亚待解决的问题。
2 5G末来的应用与趋势
传统的3G和4G技术主要是以移动互联网为基础，未来的5G网络同样以此为落脚点，并由像视频这样的业务驱动容量和数据速率。目前，5G技术的研究己经达到了第一阶段，即实现了技术研究的突破，对于5G通信的关键核心技术各国都己经有了相应的定义。ITU于2015年6月也己正式定义了关于5G的标准，我国华为公司于2016年在成都完成了有关于5G室外使用的性能测试的外场试验，并计划于2020年实现5G的商业化以及普及化。而其今后的未来趋势将体现于以下几个方面：
①网络层信息安全和隐私：目前的网络层信息安全及隐私都是基于传统计算机网络的分析方法，而5G今后使用的是无线通信技术，其与传统分析方法具有十分大的差别，因此怎样在5G环境下解决有关于用户隐私及终端安全的问题将会是今后5G发展所必需的研究方向，同时对编码、时延性、路由器方面的优化也是今后的发展方向。②深海地下高空通信：由于目前4G与3G的本质区别是速度方面的飞跃，因此5G需要解决的技术问题就是关于在各个地区，如深海、地下、高空等偏僻地区实现良好的数据传输。而水下、地下与高空通信一直是一个难题，目前可以在这些地方进行传输所需要的是声波或激光，而其本身具有很大的局限性，由于距离、遮掩物以及时延的影响为水下地下以及高空中的正常通信带来了极大的困扰。G技术的开发将会给这些领域上带来极大的影响，为今后的探索探测具有深远意义。③纳米通信：近年来，纳米通信也有了长足的发展，从微观角度来分析以及运用其特性来研究有关于5G的技术应用。也有研究者提出借鉴细胞和病毒的传播机理来研究无线通信体制的设计，进而研究天线调制和容量分析等等。④社交网络：由于5G技术的长足发展，提出了六度分隔理论，这使得精确数学描述和物理映射成为了一个今后发展研究的难题，其决定了社交网络的理论基础。社交网络被称为虚拟世界，在今后的3D眼镜，虚拟技术方面做出了极大的贡献。⑤软件定义网络：3G，4G时期是从底层的兼容J险、拓展性以及适变性角度来分析有关SDR，CR等技术，而5G技术标准制定之后，可将传统网络中的数据平面与控制平面分离，更好地实现网络融合。
之前传统网络是什么样的网络决定了什么的业务，而现在发展的趋势则是由一个控制平面来调度，从而打破传统网络间的区分。
3 结束语
在4G技术还未全面普及的今天，5G的关键技术大规模MIMO技术、毫米波通信技术以及D2D通信技己经在实践中得到了验证，同时所得到的结果也符合预期，这充分表明了移动通信技术发展之迅速。尽管5G的标准还未真正形成，但是作为电信相关的学生，应该跟随通信方面的大方向，在2020年5G正式进入公众视野之前便对其有一定的了解。本文简单介绍了5G的概述以及国内外有关于5G的研究现状，同时也对5G的关键技术及我国目前对于这些技术的研究进展做了一定的叙述，同时也对未来5G可能应用的领域以及发展方向做了一定的畅想。5G一定会依据其高速率低功耗以及稳定性占据全球的通信方式，因此，应全力推动有关于5G相关技术的发展并对其今后的推广与实行进行更深入的研究。
参考文献
[1] 余莉，张治中，程方，等.第五代移动通信网络系架构机器关键技术[J].重庆邮电大学学报，2016.26（4）：427-433.