5G與未來通信網絡論文

5G與未來通信網絡論文

　　現有無線通信技術主要為GPS、3G、4G、WI-FI、藍牙等，但這些技術現在紛紛受限于通信容量或是傳輸距離等原因，不能滿足未來通信網絡發展的需要。即將出現的5G將改變這一現狀，未來的通信網絡將隨著這一技術的產生發生一次大變革。本文將從通信網絡現狀，5G技術特點，5G對未來通信網絡的影響三方面進行分析。

　　020年必將是不平凡的一年，這一年，各國的5G將全面商用，5G超高速的通信體驗將帶給人們不同以往的感受，一個大的萬物聯網時代即將來臨，那這一技術將對通信網絡結構本身有何影響呢?現從通信網現狀、5G關鍵技術、對未來通信網結構三方面做如下分析。

　　1 通信網絡現狀

　　現階段通信網絡主要的傳輸載體為電、光和電磁波，電通過雙絞線電纜或同軸電纜傳輸，光通過光纖傳輸，電磁波為空氣傳輸。光纖的通信容量不同于電纜的，電纜已很難再有所提高，但光纖隨著技術提高，它的容量在不斷刷新著記錄。從容量上看光纖傳輸的優勢巨大，是其他傳輸方式無法比擬的，自然而然地擔負起了通信主干網絡傳輸的重擔。同軸電纜雖然也能達到1G或2G的容量，但受長度限制，并且其造價成本高，占用空間大，對于纏繞、壓力和大幅度彎曲承受能力差，所以現在同軸電纜主要應用于閉路電視或是視頻監控系統的視頻信息傳輸，不再應用于現代的主干通信網絡，而且也不再應用于局域網絡環境當中。相對于同軸電纜，雙絞線電纜就很好地解決了后面的問題，所以在現在的局域網絡中，以太網的物理層也基本為雙絞線電纜所取代。另一方面，相對于光纖，雙絞線電纜的造價成本也較高。基于國家通信發展戰略，光纖不單應用于主干通信網絡，還在向用戶終端的最后一公里發展。現在的光纖接入已基本成熟，如光纖到路邊，光纖到小區，光纖到大樓，光纖入戶。無線通信技術無論是哪種都由于其穩定性差、容量小、保密性差等缺點限制，主要應用于移動終端或室內區域性通信。

　　綜上所述，現代通信網絡是光纖作為主干通信網絡，用戶終端以光纖、雙絞線電纜、無線傳輸相結合的方式接入主網絡，而且是光纖正逐漸取代雙絞線電纜，雙絞線正逐漸只剩下終端所需的網絡接口部分，無線通信現只是滿足對通信容量、延時和穩定性要求不高的遠程終端的需要，以及局域內終端無線接入的需要。這種網絡的靈活性差，維護周期長，維護困難，不能滿足未來終端發展的需要。

　　2 5G技術

　　5G技術即第五代移動通信，它是4G技術之后的延伸。5G技術的最大特點就是高速度，各種技術由于存在差異性，最高傳輸速率各不相同，但平均每秒最高傳輸速率也有10Gbit，是現有4G技術的100倍，英國于2015年3月公布的100米內測試結果為125GB，是4G網絡的萬倍有余。5G同時具有低延時、低能耗及多接入點等特點，可滿足未來終端的小型化、簡單化、集中化、多元化的發展需要。

　　2.1 高頻傳輸技術

　　現代無線通信技術多工作在低頻段，而高頻段至今尚未開發。FBMC(基于錄波器組的多載波技術)是一種在發送端和接收端調制、解調濾波器組的載波技術，濾波器組的成員是并行的關系，均是由原型濾波器經載波調制而得到的調制濾波器。與OFDM技術不同，各載波間不再是必須是正交的，因此無須循環前綴，便能對各載波間的重合度進行靈活控制，減少載波間干擾，進而增加頻譜的利用率。OFDM相對于OFDM更加靈活、效率，頻譜利用率更高。

　　2.2 多天線傳輸技術

　　多天線傳輸技術是提高傳輸可靠性的有效措施。現在4G技術的天線采用4根或是8根，而5G將采用幾十或幾百根，形成天線矩陣。天線矩陣可以在現有基站和帶寬的環境中顯著增加頻譜的效率，并且可以大幅度地降低干擾，增加傳輸的可靠性，降低發射功率，進而降低功耗。

　　2.3 同時同頻全雙工技術

　　現行的TDD和FDD由于不能使用這一技術，浪費了一半的頻率和時間。5G充分利用這一技術，可提高了頻譜的利用率近一倍，問題是如何解決同時同頻全雙工的自干擾。5G的研究人員采用了放置特定位置天線和模擬端干擾抵銷等方式對這一問題進行了解決。現在全雙工系統的理論容量可達90%，但現在都是基于少量基站和終端的，對于大量的基站和終端還需進一步研究。

　　2.4 設備到設備技術

　　設備到設備技術是一種無須中間基站便可實現端到端的通信方式，有別于現在的蜂窩通信系統，傳統的蜂窩區域內有一個到3個基站作為中間的倒手來傳遞兩個終端之間的信息。利用這一技術可提高組網的靈活性，以較低的功耗便可實現較高的傳輸速率。

　　2.5 密集網絡技術

　　無線通信網絡是一個逐步演進和更替的過程，在過去為適應業務增長的需要，原來的小區被一次又一次的劃分，最后形成了現在的高密集網絡小區，高密集網絡極易出現相鄰小區頻率重合的問題，而且在未來終端數量十分巨大，終端間也極易出現頻率重合現象。無線回傳是解決這一問題的有效方式，無線回傳是利用自身的傳輸能力將終端的通信情況(如頻率、質量等)回傳給系統，以利于系統計算出最合理的頻率分配。

　　2.6 軟件定義網絡技術

　　傳統的網絡是基于路由器、交換機的本地控制和轉發，控制和轉發在一起會使網絡控制復雜，網絡的開發難度加大，而且不靈活。過去由于控制的分散導致各運營商不能共享基礎設施，增加了運營成本，采用軟件定義網絡后，運營商可通過各自的中央控制器對同一網絡設備進行控制，實現基礎設施共享。這對用戶來說是利好信息，將降低無線網絡使用資費。

　　3 5G對未來通信網絡影響

　　5G改變未來的產業格局是毋庸質疑的，屆時終端的種類會更加多樣化，應用更加多元化、智能化，但最根本的改變還是通信網絡本身。由于5G采用了軟件定義網絡，運營商可以共享基礎設施，無須各自重復建設，成本降低，資費自然降低，這兩點也使用戶更傾向于選擇5G通信。

　　基于以上，未來的通信網絡的主干網絡仍為光傳輸網絡，部分有線傳輸無法覆蓋的主干網絡，可由5G覆蓋，如山區，用戶側網絡將逐步變成以5G網絡覆蓋為主的網絡結構。

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