5G技术发展趋势、瓶颈及攻关重点

发表时间:2020/5/20   来源:《基层建设》2019年第33期   作者:张玉鹏
[导读] 摘要:我国在2017年11月,由工信部发布相关的通知,正式加入到5G技术研发的队伍中,并力争在2018年年底前,能够实现第三阶段试验的基本目标。
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        摘要:我国在2017年11月,由工信部发布相关的通知,正式加入到5G技术研发的队伍中,并力争在2018年年底前,能够实现第三阶段试验的基本目标。因此,对于5G通信技术而言,从4G单一的技术转化为更加全面的综合技术,作为新一代的通信手段,同时,5G网络的峰值最大速率甚至可达到10 Gb/s [1] 。在5G的通信时代下,用户将会体验到速度快、范围广、随时随地的高速移动上网服务。目前,这一技术在世界范围上还处于稳步推进的阶段,技术还不够成熟,世界各国都在积极展开对这项技术的研究,让其早日服务于广大用户。
        关键词:5G技术;发展;攻关重点
        1 5G关键技术分析
        1.1毫米波技术
        5G一个关键性技术就是毫米波技术,采用这个技术有助于解决频谱资源不够的困境。现代社会是一个通讯极为发达的时代,移动设备十分多,低频谱基本上已经被全部占用,趋近于饱和,还有极少数的资源没有被使用,但是却达不到5G的要求。高频谱资源现在还比较多,利用率比较低,毫米波具有一个特点,那就是综合了两种波普的特点,除了远红外波以外,还有就是微波,波长短,小于10mm,频率高,实现了微波朝着高频发展,还有就是光波向着低频延伸。从相关的研究中知道,毫米波宽带达到了273.5GHz,远超微波宽带,最大时有十倍以上,在现在这个频率严重不足的情况下,这项技术提供了极宽宽带,也就帮助5G解决了频率资源不够的问题。毫米波的使用提高了高频率的运用率,传输速率前所未有提升,扩大了容量。不过,毫米波技术也有不足的地方,无线信号传输中存在着衰减问题,从长远来看应用技术市场广阔,需要进一步研究。
        1.2异构无线技术
        异构无线技术包含着两个要素,一个是互联网,另外一个是通信技术,需要将这两个技术结合,这样才能使无线通信的辐射面更广,扩大业务范围。部分地区已经实现了5G服务与应用,随着互联网的全面覆盖,通信一定也会跟上形势,无线通信技术使用范围必定越来越广。异构无线技术是一种新技术,建立在一些原来的技术之上,是从D2D技术发展而来,并且还在其中融入了相关技术,比如小区部署技术。D2D技术通俗一点来说就是设备之间相互连通,自主完成通信,采取的是逻辑连接的方式,通信更为方便,不会借助于一些中间连接设备,意味着造价会降低。这项技术还有一个好处,安全性高,通过加密设置的方式,保护用户数据,避免被不良分子窃取。现在的小区具有密集性特点,人数众多,对于移动通信容量要求出现直线增长,运用小区部署技术可解决这个问题,终端设备的连接不会受到限制,传输距离更近,有效地防止信号传输延时。可是,小区部署技术也有缺陷,干扰性强,难以有效控制信令。在这种情况之下,应引入防干扰技术,并且采取技术手段消除干扰。异构无线技术让5G信号更为安全,提升了速率,容量进一步扩大,整个通信过程中能耗小。
        2 5G技术优缺点
        5G网络的优点:容量更大、连接支持更多、速度更快且延迟更低。首先,它的数据传输速率相比于之前的蜂窝网络要高出很多,最高可达10Gbit/s。其次,低于1ms的网络延迟,使其有更快地响应时间。它的峰值速率可以达到Gbit/s的标准,大数据量的传输可以满足高清视频、VR/AR等。网络的低时延可以满足远程医疗、自动驾驶等实时应用。网络容量足以提供千亿台设备的连接,满足物联网通信。频谱效率有较高提升,此外,5G可以更好地支持大规模的物联网领域,20%的5G网络可能将为人和人提供服务,而80%将用于物和物的通信。5G网络面临的挑战:首先,5G的发展离不开技术的不断创新,并且需要更深更广的探索。其次,5G覆盖面积不好,主要是因为目前建设的5G频段都是高频,而频率和覆盖面积成反比,因此需要建立更多的基站。第三,5G的频段太杂乱,支持毫米波后,每个国家都会根据自己的情况分配频段,因此芯片厂商需要支持全球绝大多数国家的频段,天线和射频是严峻的考验。
        3面临的挑战
        5G技术总体来说还是处于刚刚探索、发展的阶段,在这个过程中仍然存在许多的问题,因此,该项技术在未来的发展过程会面临许多的挑战,包括以下方面。


        3.1频谱不足
        对于5G技术而言,目前主要分成了两个范围,一个是450~6000MHz,一个是24250~52600MHz,虽然看起来频谱的跨度大,但是在当中有一部分的频谱已经被占用,导致可用的频谱资源不多。所以现在在频段的利用率上对于5G而言还是十分有缺陷的,同时,全球对5G频谱的划分使用还没有达成一致的共识。
        3.2成本昂贵
        由于在发展5G技术的过程中,需要对原有的通信硬件设备进行升级以及改造,以此来确保提供相应的5G服务以及实现全网络的覆盖,但在过程中需要耗费巨额的费用,特别是发射基站的构建。同时,用户在享受5G服务的时候也需要负担昂贵的套餐费。
        3.3移动终端的性能
        随着5G技术的出现,用户对智能移动终端设备提出了更高的要求,未来的移动终端设备应该更加智能化和多元化。同时,移动终端的性能将会直接影响用户对于5G技术的体验效果,因此,对于移动终端的生产商来说是一个巨大的挑战。
        4未来5G通信领域技术攻关重点
        4.1基础技术及关键器件的研发
        我国在这一领域的研发基础相对薄弱,尚未系统地掌握这一领域的关键技术与关键器件,势必影响我国5G移动通信产业的长远发展。目前,我国科研机构已经初步掌握单通道毫米波与太赫兹系统和器件技术,未来应重点攻克天线及射频通道数达到数百至数千时的系统与终端设计技术、混合构架波束成形集成电路设计技术、一体化天线与射频封装技术、设计与加工工艺等关键技术,并积极开展毫米波与太赫兹频段的有效利用基础理论与方法研究。
        4.2强化开放构架移动通信系统设计与关键技术研发
        我国从事5G研发的核心企业主要来自传统电信领域的设备制造企业和运营企业,尚不完全适应未来信息网络不断由封闭走向开放的发展进程。应借鉴美国国家科学基金会(NSF)的5G发展思路,加强5G开放性新构架的研究,构建规模性、开放性、可重构的公共试验平台,鼓励新技术在开放环境下快速发展。
        4.3芯片技术
        未来应加大集成电路装备和材料领域的支持力度,实现国内高端芯片的自主可控发展。
        5结语
        5G技术已经取得了一定的成就,在多个行业都凸显出了极其重要的作用。随着技术的革新,5G技术能够满足新形势下互联网业务的极剧增长,使用户获得更好的网络体验。现如今,5G技术逐步趋于稳定,未来几年将是该技术的广泛应用时期,因此必须要抓住其中的关键技术,解决当前发展进程中存在的问题,不断完善并优化,从而进一步加快进入5G时代的步伐。
        参考文献
        [1]郭正平,杨慧,罗康宁.5G移动通信技术发展探究及其对基站配套影响研究[J].信息记录材料,2017,18(11):2-3.
        [2]常瀚仁.对中国5G技术现状及未来发展的初步探究[J].中国新通信,2017,19(19):95.
        [3]李景枫,王宝莹.5G与WIFI联合组网的关键技术研究及发展趋势分析[J].科技创新导报,2017,14(27):122+124.
        [4]胡金泉.5G系统的关键技术及其国内外发展现状[J].电信快报,2017(01):10-14.
        [5]唐赞淞.5G移动通信技术应用及其发展前景探索[J].中国新通信,2017,19(01):36.
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