郑思远
山东省邮电工程有限公司 山东济南 250000
摘要：5G移动通信网络的发展是人们对于通信技术的需求，科技的飞速发展是对这项技术的保证。目前我们的科技发展水平已经将5G移动网络的框架大致建成，距离实际投入商用还需要一段时间，这是我国通信技术飞跃的标志，政府也应当加快对5G通信技术的支持力度，在未来全球通信竞争中取得主动权。
关键词：5G；移动通信；关键技术；发展趋势
引言
5G通信技术预计在2020年的时候，能够实现在国内基本覆盖，真正替代4G通信成为通信的主要技术形式，就目前的移动通信技术发展现状来看，传统的4G通信技术带给用户的使用感知上并没有达到十分满意的程度，因此，5G技术将在相关的通信领域发挥更大的作痛，使用高频谱，无论是从信号传输速度还是信息资源使用程度来看，都远远优于4G通信技术，在量级以及无线信号覆盖能力、信息传输安全性、客户感知体验、延时性等众多方面都将体现无可比拟的应用优势。5G通信技术在研发的过程中，还和现阶段的无线通信技术相连接，信号覆盖率较高，基本上能够满足长时期内的网络流量高速传输要求。在目前的5G通信技术研究中，大流量传感系统以及设备是重点研究方向之一，对于提升通信服务的灵活性以及智能性都具有重要作用。
1、5G移动通信技术概述
1.15G移动通信技术的含义
5G移动通信技术本身是在4G基础上的提升，是移动电话行动的通信标准，具有非常快的下行速度，也是未来几年内我们主要使用的网络。随着互联网产业的不断发展，对于网速的要求提出了更高的要求，因此，5G移动通信技术便应运而生。
1.25G移动通信技术的特点
5G移动通信技术是一个新的科技成果，具有很多新时代的特点。频谱的使用率较高，渗透性强，有效的结合了无线和有线技术，带来了新的体验感。扩大了应用范围和领域，形成了多点多面的合作地带，提高了通信系统的功能使用，完善了多项移动服务，增加了无线网络的覆盖面。同时，5G存在的双向传输信号，增加了网络速度，提高了人们通信方面快捷度。新的科技成果的转化将使5G具有低功耗，低成本的特点，有效的节约了社会资源。
1.3大数据时代下5G移动通信技术应用的重要性
大数据时代下最鲜明的特点就是预测性，能够为人类的生活提供可量化的维度，其次从多样，大量，高速和价值四个要素出发，提供便利。科技的不断进步代表了人类文明的不断进步，科技的融合代表了文明的融合，科技的交流也是人类文明的交流。目前来说，5G移动通信技术自全球范围内开始研究以来，一直广受人们的关注，世界各国都致力于提升移动通信的技术，希望将这项先进的技术囊括手中，不仅是对于世界各国先进技术的认可，也是彰显科技力量的重要身份象征。智慧城市，物联网等各项产业的兴起，都对移动通信技术提出了更高的挑战，因此，结合大数据时代的特征致力于研究5G移动通信技术，抢占商机。科技是反映世界各国综合国力的重要手段，也是吸引众多人才集聚的潜力，在我国发展5G移动通信技术，不仅能够提升我国的科技实力，吸引人才，带动相关技术和产业的不断发展，形成经济带，带动就业，解决我国的庞大的就业率低的问题，实现人生的理想和社会价值，最重要的是能够完成我国的中国梦，科技强国的梦想，具有十分重要的战略意义，对于我国的其他行业来说，也是标杆和引领的旗帜，能够起到良好的表率作用，促进我国的经济得到更好的发展。
2、5G通信技术发展的现状
未来5G网络将是一个集多业务、多技术的融合网络，是一个多层次的覆盖通信系统。这一技术要将多种接入技术、多种业务网络以及多层次的覆盖系统进行综合集成、有机融合，实现最高效的利用。但是目前技术上还存在着一定的难题。为了实现5G网络数据流量大、用户规模大以及数据速度高，并且网络要永远在线的需求，技术部门要研发扩展频率高、容量大、空间效率高的通信技术，为了提升系统覆盖层次以及站点的密度而大力提升技术的先进性。其中超密集网络技术、多天线技术、多址技术、多输入输出空间传输等新型的移动通信技术，共同组成了5G技术的研究方向。新型的传输技术的应用和组网方式创新，都将增加设备的复杂性和研究的成本，对网络建设和运营维护带来了极大的挑战。物联网是在互联网基础上，使得能被独立寻址的普通对象实现互联互通，实现万物互联互通是物联网的目标，未来的5G通信网络技术，就是实现这一目标的关键，为人们提供了更多智能化的服务。但是物联网的应用闵琳这系统容量、服务质量、传输瓶颈和安全隐患等问题，5G通信技术的用户广泛的提升了业务的范围和灵活性，在信息速度上，5G既要满足更长时间突发的数据错误，又要满足智能化实时会议的宽带效果；在延迟上，既要满足不敏感的下载，又要满足即时控制业务；在应用上，既要满足低速的要求，又要满足高速和超高速的应用。因此，5G通信技术要制定统一的通信协议，满足业务的灵活性。5G的目标是提供千倍以上的数据流量，且运营成本和用户的成本不能大幅度的增加，这就说明，网络总体的能耗和成本都不能够提升，因此5G通信网络的终端能耗效率也要提升千倍以上，并且开销要降低千倍以上，这对网络框架、空间传输、内容的分发等技术都带来了不小的挑战。5G通信技术是一个融合了3G、4G技术的继承网络，其建设和开发运用了多种新型的技术，5G终端设备支持更多的无线通信技术，并且在空间速率以及待机时间上都有着质的提升，因此，实现了低成本、多终端的研究，对终端设备技术带来了一定的挑战。
3、5G通信的若干关键技术分析
3.1高频信号传递技术
目前的移动通信技术是基于3GHz基础之上的，随着通信市场中用户数量以及信息传递流量的增加，现阶段的频谱资源短缺问题日益突出，在高频率频段中，如28GHz范围中，可以通过增加到64根天线，加上相关的波束赋形技术应用，就能够在2km范围内实现每秒1Gb的下载速度，高频率信号传递技术是5G移动通信技术研究中的核心技术内容，相对于传统传递技术这一信号传递技术的优势更为突出，在高频率信号传输技术中，借助相应数量的天线以及设施应用，能够有效对于目前频谱资源不足的现状进行改善，而高频率信号传递技术目前在应用中还有一些信号传输距离限制问题，技术应用受到的天气影响也比较大，这也是影响这一技术在5G移动通信中有效应用的阻碍因素，是目前技术研究突破的重要方向之一。
3.2多天线信号传递技术
现阶段，5G移动通信要实现频谱使用效率的大幅度提升，这也是5G技术显示其技术优势的重要标准。多天线信号传递技术主要工鞥是对于各用户单位之间干扰的降低，扩大无线信号的覆盖范围，多天线信号传递技术对于提升频谱使用效率具有显著作用，借助相应的技术研发以及改进，基本可以实现天线数量增加到128根的目标，在此基础上研究相应的5G通信技术，能够有效避免相关用户之间的信号干扰，促进整体无线信号区域覆盖范围的不断扩大。
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3.3密集型网络技术
5G移动通信技术应用中，基本目标是要实现网络数据在流量上提升1000倍，这一目标的实现需要借助相关的无线网络技术，密集型网络技术主要是通过无线网络中数据流量在热点集中区域，通过这样的设计来改善用户在网络应用中的实际体验效果，这种技术应用对于强化无线网络覆盖力具有显著作用。未来，智能化数据终端普及是必然趋势，用户的无限网络数据在一定程度上也会实现有效的普及应用，密集型网络技术对于提升数据流量速率，实现1000倍的传输目标上具有重要作用，还能够实现网络系统的信息容量。这一技术在应用中会带来一定的小范围信号干扰，所以做好抗干扰设计和技术优化很有必要。
3.4D2D和M2M直接通信技术
由于现有的无线通信技术是基站为中心的星型网络系统，这限制了网络的覆盖范围和通信容量。在最新的5G网络系统中，终端至终端（D2D）直接通信可以实现，而不需要中间节点（基站）传输发送短距离直接数据，从而真正改善通信覆盖区域和用户体验。随着终端到终端的技术支持，应用，如用户终端物联网即时通讯和网络也将实现更快和更好的体验。M2M技术指的是直接的机器和机器之间的通信。M2M技术可提高系统的频谱效率和传输的精度。这种模式在过去4G和3G移动通信技术得到应用。M2M技术对5G不仅可以应用天线的数量增加，而且网络的兼容性和可靠性也可以提高。
3.5MIMO技术
MIMO技术是指在5G移动通信网络的每个移动终端都安装了多个天线，并结合空间因素，将多个天线分别布设在发送端与接收端。大规模多天线的MIMO技术可以完成分流与重复使用的功能和增益，从而提升通讯网络系统中的空间资源利用率，打破了传统的网络基站容量限制，基站用户需要使用网络时就可以利用这种整合方式，匹配MIMO技术的规模数值，解决容量问题。这种技术还可以一定程度上对空间的分辨率进行明显的提升，并且还能减少一部分的外界干扰。
4、5G技术的具体应用
4.15G技术在移动通信网络中的应用
大规模MassiveMIMO技术是5G技术的核心技术之一，同时也是提高5G频率效率的关键性技术。MassiveMIMO技术又称之为大规模天线系统，是基于4G网络的基础上，将原有的八根天线发展为上百根，甚至上千根天线的规模。借助这一技术能够使得同一基站的多个用户进行实时通讯。当网络信号进行传送和接收后，其余天线则可以协助其将信号归纳到一个狭小的空间之中，对海量的移动用户终端进行实时同步调度，从而提高网络信息的吞吐量，使得资源的利用率得到较大提升。比如，在我国现行的移动通讯网络中，具有代表性的移动通讯终端企业，如华为、中兴、大唐等，都已经对大规模MMO技术进行了有效的测试。其中，大唐企业在测试时，所使用的宽带是100z的电线，基站所处频率为3.5HZ，天线共计使用256根。根据最终的实验数据结果显示，此次测试的传输速率峰值达到了4Gbps，相较于双流技术，传输速率提高了8倍，这是一次极大的进步，尤其是在速度提升方面获得了质的飞跃。预计到2020年，5G技术将会在移动通信领域进行广泛普及。此外，在贝尔实验中，我国移动通讯进行了大量的研究，相关专家实现了在毫米波段上应用大规模天线技术，使得通信容量有了很大的改善，相关通讯速率也得到了一定的提升。实验中所使用的原型机的峰值传输速率大于50Gbps，将100bps/Hz的通讯频谱效率从28GHz毫米波段中提取出来，这样就能够使得移动终端用户能够以非常快的速度在网络上下载所需要的资料。
4.25G在广播电视技术领域中的应用
当前，我国移动新闻用户量已经超过7亿，占网络用户总数约80%左右。随着5G新技术的不断发展，促使移动媒体发展迈入新台阶。今后5G技术将有可能实现以用户为中心的全方位信息系统，可以实现用户光纤接入速率“0”延迟的体验，同时能够承载千亿设备的连接力，并能够提供高流量、高移动性以及连接数密度的多重场景快速一致服务，从而优化提升用户对系统智能优化的体验。如果说4G改变了我们日常的生活方式，那么5G将会改变整个社会。对于普通用户而言，最大的体会感受就是5G能够带来网速的极大提升，5G网络传输速率峰值可达20Gbps，下载一个2GB高清电影，最快20秒就可以完成。从专业层面来看，5G不仅能够高速传输需求，还能够满足超大带宽、超密站点、超高容量的接入性需求。
4.35G技术在车联网领域的应用
首先，能够为用户提供便捷的体验。在我们日常生活中，网速是人们最大的关注焦点，英特尔（中国）通信与设备事业部无线标准首席技术专家吴耕在谈5G技术时讲到：“5G能够实现延迟低于1毫秒”，正是由于5G所具有的这种低延迟能够为用户带来更好的便捷体验，车联网的发展也需要借助5G技术。对于车联网中的网络层，其职责是对传感层所收集的数据进行处理和分析，然后将数据结果传输到应用层，从而实现三级数据交互。而网络层主要由两部分组成：接入网和承载网。接入网主要是无线通讯网，比如5G无线网络，承载网主要包含运营商的网络、广播网络等。以无人驾驶汽车为例，要想实现汽车无人驾驶，就需要借助网络对汽车导航信息、位置以及各个传感器数据进行实时传输，这些数据量庞大，就必须要依托低延时的网络来进行，而5G应用到车联网就能够在瞬间对大量的数据进行处理，并及时作出应对之策。
4.45G技术在电力系统中的应用
在5G时代，物联网技术得到了全面应用，尤其是在电力能源和通信领域，应用更为广泛，能够推动电力系统朝着更加智能化、信息化的方向发展，同时能够在电力系统所有环节应用，从而令电网系统平稳、安全、可靠运行，推动电力行业可持续发展。风能是电力系统中一种常见的清洁能源，是电子系统当前乃至今后研究的重点。可以将物联网技术应用到发电机中，借助传感器这一技术和数据分析系统，能够根据风力级别，开展智能化的数据分析和处理，并将分析结果传输到发电机系统，进而对发电机进行操控，确保电子资源在发电机发电过程中输出的合理性。此外，在电力变电环节，也可以大力应用物联网技术，实现对变电站电压流的转换，并对变压器中的数据进行精准分析，从而推动变电站智能化工作的目标。由于配电系统关系到用户的使用情况，因此物联网的应用也是更加有深度。而在配电过程中，利用物联网技术能够为用户提供所需的功率，并在传输的过程中对所输出的功率值进行适当调节。5G时代物联网技术可以在电力系统中各个环节进行应用，比如发电、变电、配电以及用电环节，使得电力系统的运行水平提高，确保电网系统稳定运行。
5、5G移动通信技术发展的趋势
现今5G只是初步发展阶段，在2020年将会得到全球化的应用，同时更具备商业化。就我国而言，5G的发展经历了三个阶段：一是对5G相关技术进行开发，并且进行试验确保其应用；二是对相关技术的核查进行方案准备，我国对此已经完善；三是对5G网络和基站进行建设，目前此阶段在进行中并预估在年底完成。而其中主要是对相关网络支撑设施、发射塔、主要设备等进行考核。另外，在5G网络建设过程中也会遇到一些问题，像新的业务应用、新的技术应用、用户的个人隐私与使用安全等都是在5G发展下需要考虑的问题。通过在应用过程中出现的问题我们需要对不同的实际情况进行探索，以便使5G网络以不同的形式提供相对应的安全服务。而5G未来的应用主要围绕以下几个方面进行：第一，将事物与事物之间相互关联。在网络通信时代，4G的使用已经将很多事物联系起来，我们迎来了智能生活。但是4G的发展远远不够，5G为各个事物之间的互相联通提供了基础，随着5G的发展为大规模的网络需求提供了网络条件。第二，实现生活的云端化。云的使用目前处于了较为成熟的阶段，5G的到来将云端化应用至更为广泛的空间，使人们生活的各个部分都能够实现云备份，同时能够将资源实现实时共享与上传。第三，实现生活智能化。人工智能将能够生成数据交换，但这涉及计算机数据吞吐量和吞吐量效率。我们需要对时间进行校准，确保时间的准确无误，这在无人驾驶汽车、医疗等方面都需要更加精准的时间计时。生活中的智能化则是在5G环境下，利用手机远程实时控制，像是对家电、门锁、摄像头等，这些生活用品及一些生活场景都可以实现智能化，家里的电器能根据具体的实际情况向用户发出提醒，小到生活琐事大到城市管理都可以实现5G的智能应用。
结束语
总而言之，就现阶段来说，移动通信网络处在一个技术、产业的转型期。首先，在这个时期传统的移动通信网络已经不能满足当今时代的要求了，而当前移动通信发展的关键则是移动设施的实际的通用化、小型化、虚拟化，这对于传统的移动通信网络的发展来说是一次挑战。其次，5G的发展目前处于基础阶段，随着国家的重视及往后的发展，它将进入到一个更为新颖的发展模式中；最后国家对于5G发展也要提高重视度，使我国的移动信息网络发展能够在世界上立足。尽管在发展过程中仍然存在很多问题，但是需要我们总结经验，在经验中进一步提升。
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论文作者:郑思远
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：技术论文; 网络论文; 天线论文; 移动通信论文; 数据论文; 用户论文; 通信技术论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;