5G的关键技术及面临的挑战问题分析

马超

摘要：随着通讯技术迅猛发展，人们对科技的不断探索，以及人们对通信技术的需求的不断提高，4G技术在不断的发展，与时俱进。因此，5G成了在4G技术发展基础之下的又一大通信技术的突破。随着通信技术的不断革新，5G的出现为人们提供了更加便捷的通信服务。但是目前5G技术仍在发展当中还面临着一系列的挑战。因此本文将分析几项5G关键技术及面临的挑战。

关键词：5G技术；技术挑战；技术分析

随着人们对通信技术的需求的不断提高，以及人们在通信技术领域的不断研究和突破，相比4G技术，5G技术在传输速度、覆盖性能、以及其他方面比4G技术更为优秀，5G技术是无线通信技术领域的一大突破。5G技术是互联网在未来发展的一个重要方向，对通讯行业和未来的新兴业务以及各个领域的发展具有重要的作用。但是在目前，5G技术在发展上仍然面临着一系列的问题和挑战。

1、5G大规模MIMO技术

1.1大规模MIMO技术

大规模MIMO技术是指通过使用多个接收天线和发射天线实现通讯质量的提高，它能够充分的利用空间资源，在不改变频谱和发射功率的条件下，极大的提高了通讯容量，提升了通讯的质量和传输效率。MIMO技术也是目前5G技术发展的关键技术。大规模的MIMO技术可以帮助网络中的众多用户在同一个时间在进行通信，它能够有效的降低用户通信时的网络干扰，并且提高通信传输效率。5G技术MIMO技术极大的提高了空间分辨率以及针对特定方向的信息传输，有效提升能源和频谱利用率。目前MIMO技术已经广泛应用于wifi等，一定程度上来说，天线越多，信息传输速度也就越高。MIMO技术可以通过使用低廉的无线组件实现通信的高频效率，无线频谱的提升大大增强了网络覆盖面积，同时增强了系统的容量，为网络运营商提供更多的资源。

1.2面临的挑战

导频污染问题是MIMO技术目前发展面临的一大挑战。不同的用户可以使用不同的导频信号，但是符号周期小于相干时间，这就导致了同一个地区的导频信息不能无限多，即在该地区人们会接收到来自不同基站的信息，从而无法使用相同的信息，也因此造成了导频污染。而大规模MIMO技术在发展上需要得到大量的经费支持以及硬件技术支持，这也是制约大规模MIMO技术发展的一项挑战。

2、5G全双工技术

2.1 5G全双工技术

全双工技术实现了数据的接收和发送的同步进行。我们所使用的手机电脑一般都具有全双工技术，可以实现在两台设备之间同时进行数据的传输，并且设备相互之间不会受到信息传输终端的信号干扰。全双工技术通过有效提高频率利用率，打破了一般通信系统无法实现双向传输的技术壁垒，有效的实现了多频率的信息传递，成为了目前无线通信技术的一大重点研究方向。全双工技术能够充分地挖掘并利用5G技术中的无线频谱资源。

2.2面临的挑战

全双工技术大多使用的是独立天线，所以在当收发天线相距比较近的时候，天线之间会产生强烈的干扰。目前全双工技术拥有两种模式，fdd频分双工，其所使用的是两个完全对称的频率通道用于接收和发送信号；tdd时分双工，即在不同的时间对同一个频率通道内的信号进行发射和接收。虽然目前全双工技术可以实现在同一个频谱和时间内进行信息的发射和接收，并提高了频谱效率。但是不管tdd还是fdd，全双工技术在目前的发展当中都面临着“自干扰”这个严峻的挑战。系统在进行信号发射的时候会对信号接收产生强大的干扰，在这种情况下如果再使用全双工技术，这就会导致系统罢工。所以自干扰这一挑战对全双工技术的发展来说具有不可忽视的影响。

3、5G超密集异构网络技术

3.1 5G超密集异构网络技术

5G技术就是能够同时接入各种无线技术实现信息和通信的无线传输。因为超密集异构网络技术所使用的大小网络基站之间的密集程度相对较高，所以这就使得网络节点和用户终端之间的距离较为接近，因此相对于其他的网络系统来说，在功率效率和频谱效率上更为优良。在目前超密集异构网络技术也被认为最具有发展前景的网络技术之一，已被明确纳入研发机构的重点研究项目。超密集异构网络技术是在空间上组合了不同覆盖范围和不同功能的基站，超密集无线异构网络会随着技术的发展而不断超过现在网络的覆盖密度和规模。超密集无线异构网络可以有效的避免由于频谱资源和能量资源的缺乏而对无线通信技术造成的阻碍。

3.2面临的挑战

尽管超密集异构网络技术相对于其他的通信系统拥有很好的发展前景，但是仍然存在着一些技术缺陷和挑战。首先就是因为大小基站和网络节点之间距离较短，这就造成了系统内部的无线电接收之间的频率干扰。而且超密集异构网络技术不可避免的面临一系列的挑战，比如对于大小基站的开关控制，如果掌握不好开关的操作会给系统带来负荷以及网络震荡。节能降耗也是超密集无线异构网络所面临的一大难题。想要实现节能降耗就需要关闭基站。但是关闭基站的同时会加大基站和网络节点之间的通信距离，影响网络通道信息传输的效率。

在5G技术发展的过程当中也面临着其他重要的挑战，其一就是成本和能源的增加。随着技术的不断发展，由此对基本设施以及资源成本等方面的要求也会不断增强。而且5G技术发展的一大基础就是巨大规模的数据流量，所以它对数据的传输速率具有极高的要求，想要最大化提高网络速率而不考虑网络配置的限制具有很高的难度以及极大的挑战。5G技术发展的主要目标并不是速度，而是实现保持网络终端的持续联网状态，无论用户身处何地，都能保持网络的稳定连接。同时频谱资源短缺也是5G技術发展面临的重大挑战，随着5G技术的不断发展，市场对于频谱资源的需求也将不断增大，这也将加速频谱资源的短缺情况。

总结：

5G技术赋予了通信技术领域更高的研发追求以及研发空间。无线网络技术以及无线接入技术的发展会加速5G技术的进一步发展，而5G技术也会为各个行业带来极大的发展，改变人们的生活，具有极其广阔的发展前景，但是与此同时仍会面临着挑战。

参考文献：

[1]5G White Paper.5G Radio Access：Requirements，Concept and Technology[Z]，DoCoMo，2014

[2]高春雪，5G关键技术挑战及发展趋势[J]，信息通信，2016（12）：203-204.

[3]屈文杰，5G时代面临的挑战及关键技术探讨[J]，保密科学技术，2016（9）：43-46.