摘要：现有无线通信技术主要为GPS、3G、4G、WI-FI、蓝牙等，但这些技术现在纷纷受限于通信容量或是传输距离等原因，不能满足未来通信网络发展的需要。即将出现的5G将改变这一现状，未来的通信网络将随着这一技术的产生发生一次大变革。本文将从通信网络现状，5G技术特点，5G对未来通信网络的影响三方面进行分析。
关键词：通信网络；现状；5G；结构；影响
引言
2020年必将是不平凡的一年，这一年，各国的5G将全面商用，5G超高速的通信体验将带给人们不同以往的感受，一个大的万物联网时代即将来临，那这一技术将对通信网络结构本身有何影响呢？现从通信网现状、5G关键技术、对未来通信网结构三方面做如下分析。
一、通信网络现状
现阶段通信网络主要的传输载体为电、光和电磁波，电通过双绞线电缆或同轴电缆传输，光通过光纤传输，电磁波为空气传输。光纤的通信容量不同于电缆的，电缆已很难再有所提高，但光纤随着技术提高，它的容量在不断刷新着记录。从容量上看光纤传输的优势巨大，是其他传输方式无法比拟的，自然而然地担负起了通信主干网络传输的重担。同轴电缆虽然也能达到1G或2G的容量，但受长度限制，并且其造价成本高，占用空间大，对于缠绕、压力和大幅度弯曲承受能力差，所以现在同轴电缆主要应用于闭路电视或是视频监控系统的视频信息传输，不再应用于现代的主干通信网络，而且也不再应用于局域网络环境当中。相对于同轴电缆，双绞线电缆就很好地解决了后面的问题，所以在现在的局域网络中，以太网的物理层也基本为双绞线电缆所取代。另一方面，相对于光纤，双绞线电缆的造价成本也较高。基于国家通信发展战略，光纤不单应用于主干通信网络，还在向用户终端的最后一公里发展。现在的光纤接入已基本成熟，如光纤到路边，光纤到小区，光纤到大楼，光纤入户。无线通信技术无论是哪种都由于其稳定性差、容量小、保密性差等缺点限制，主要应用于移动终端或室内区域性通信。
综上所述，现代通信网络是光纤作为主干通信网络，用户终端以光纤、双绞线电缆、无线传输相结合的方式接入主网络，而且是光纤正逐渐取代双绞线电缆，双绞线正逐渐只剩下终端所需的网络接口部分，无线通信现只是满足对通信容量、延时和稳定性要求不高的远程终端的需要，以及局域内终端无线接入的需要。这种网络的灵活性差，维护周期长，维护困难，不能满足未来终端发展的需要。
二、5G技术
5G技术即第五代移动通信，它是4G技术之后的延伸。5G技术的最大特点就是高速度，各种技术由于存在差异性，最高传输速率各不相同，但平均每秒最高传输速率也有10Gbit，是现有4G技术的100倍，英国于2015年3月公布的100米内测试结果为125GB，是4G网络的万倍有余。5G同时具有低延时、低能耗及多接入点等特点，可满足未来终端的小型化、简单化、集中化、多元化的发展需要。
2.1高频传输技术现代无线通信技术多工作在低频段，而高频段至今尚未开发。FBMC（基于录波器组的多载波技术）是一种在发送端和接收端调制、解调滤波器组的载波技术，滤波器组的成员是并行的关系，均是由原型滤波器经载波调制而得到的调制滤波器。与OFDM技术不同，各载波间不再是必须是正交的，因此无须循环前缀，便能对各载波间的重合度进行灵活控制，减少载波间干扰，进而增加频谱的利用率。OFDM相对于OFDM更加灵活、效率，频谱利用率更高。
2.2多天线传输技术多天线传输技术是提高传输可靠性的有效措施。现在4G技术的天线采用4根或是8根，而5G将采用几十或几百根，形成天线矩阵。天线矩阵可以在现有基站和带宽的环境中显著增加频谱的效率，并且可以大幅度地降低干扰，增加传输的可靠性，降低发射功率，进而降低功耗。
2.3同时同频全双工技术现行的TDD和FDD由于不能使用这一技术，浪费了一半的频率和时间。5G充分利用这一技术，可提高了频谱的利用率近一倍，问题是如何解决同时同频全双工的自干扰。5G的研究人员采用了放置特定位置天线和模拟端干扰抵销等方式对这一问题进行了解决。现在全双工系统的理论容量可达90%，但现在都是基于少量基站和终端的，对于大量的基站和终端还需进一步研究。
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2.4设备到设备技术设备到设备技术是一种无须中间基站便可实现端到端的通信方式，有别于现在的蜂窝通信系统，传统的蜂窝区域内有一个到3个基站作为中间的倒手来传递两个终端之间的信息。利用这一技术可提高组网的灵活性，以较低的功耗便可实现较高的传输速率。
2.5密集网络技术无线通信网络是一个逐步演进和更替的过程，在过去为适应业务增长的需要，原来的小区被一次又一次的划分，最后形成了现在的高密集网络小区，高密集网络极易出现相邻小区频率重合的问题，而且在未来终端数量十分巨大，终端间也极易出现频率重合现象。无线回传是解决这一问题的有效方式，无线回传是利用自身的传输能力将终端的通信情况（如频率、质量等）回传给系统，以利于系统计算出最合理的频率分配。
2.6软件定义网络技术传统的网络是基于路由器、交换机的本地控制和转发，控制和转发在一起会使网络控制复杂，网络的开发难度加大，而且不灵活。过去由于控制的分散导致各运营商不能共享基础设施，增加了运营成本，采用软件定义网络后，运营商可通过各自的中央控制器对同一网络设备进行控制，实现基础设施共享。这对用户来说是利好信息，将降低无线网络使用资费。
三、5G对未来通信网络影响与展望
5G改变未来的产业格局是毋庸质疑的，届时终端的种类会更加多样化，应用更加多元化、智能化，但最根本的改变还是通信网络本身。由于5G采用了软件定义网络，运营商可以共享基础设施，无须各自重复建设，成本降低，资费自然降低，这两点也使用户更倾向于选择5G通信。
从第一代到第四代移动通信技术，围绕的都是人与人之间的通信，而第5代移动通信技术，不仅仅是传输速度的大幅度提升，更在容量及时延方面有根本性的改变。简单地说，5G网络能承载更多的设备连接、拥有更快的反应、传输更大的流量。
当前，在4G网络的支撑下，一些民众已经开始享受智能家居。汽车、空调、电视、空气净化器、电子秤甚至家里的开关都已经连接上了互联网，通过手机终端可方便地对这些设备进行控制。但是，这只是一种初级阶段的智慧生活。我们的智慧生活，将向更广、更深的方向发展，可以这么说，真正意义上的智慧生活，需要实现“万物互联”，不仅仅是人与这些设备的相连，还包括这些设备之间相连。目前的4G网络虽然可以提供较为理想的网速，但因其容量有限，并不足以支撑万物互联。5G网络容量的大幅度提升为实现“万物互联”提供了条件。
当万物互联成为现实，未来的终端将不仅仅是手机，手表、眼镜、汽车后视镜、电脑等都可以成为终端。007系列电影中的各种炫酷技术，将并非邦德独享，我们每一个人都将享有。
当家里的所有电器和生活用品均互联之后，借助大数据自动分析，你将享有更为轻松的生活。早上，你或许不需要再忍受闹钟的刺耳声音，你的床，或者你的被子，或者家里的音响设备，会用一种更自然的方式，在你需要起床之前让你自然醒来，并为你开启窗帘和灯光；而当你走向洗脸台的过程中，家里的智能系统已为你调好了水温静待你使用；当你洗脸、刷牙、上厕所之后，你的基本体检数据已经上传至数据中心，如有进一步检查的必要，将提醒你到医院进行检查。在上班途中，由于已经实现万物互联，你的自动驾驶的汽车会根据实时交通数据选择不太拥堵的路线，你只需要坐在车上享受音乐或通过虚拟现实眼镜和你刚起床的家人道早安和再见。
这只是日常生活的一个场景，在医疗领域，或许在不久的将来，当前大医院人满为患的场景将不再出现。绝大多数的检查、诊断将远程完成。而在急救方面，由于5G网络近乎零时延的特征，未来对于一些特别紧急的急救，可能采取无人机送设备或药直接到家里的方式来挽救生命。
结束语
基于以上，未来的通信网络的主干网络仍为光传输网络，部分有线传输无法覆盖的主干网络，可由5G覆盖，如山区，用户侧网络将逐步变成以5G网络覆盖为主的网络结构。
参考文献
[1]翟绍勇.5G无线通信技术概念及相关应用[J].电信网技术，2013.9.
[2]高西奇，曹淑敏，5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学，2014.
[3]赵志耘，张旭.全球5G发展概览[J].全球科技经济展望，2014.
论文作者:杨华丽
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
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