5G無線關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用場景分析

覃錦玲

（中國移動廣西公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

相對于4G技術(shù)而言，5G技術(shù)具有更高的速率和更低的時延，能夠顯著改善用戶網(wǎng)絡(luò)使用體驗，再加上智能網(wǎng)絡(luò)的支撐，可以更好地保障用戶通信質(zhì)量。除了傳統(tǒng)的手機，廣義上5G終端還可以包括面向消費市場的VR和各類可穿戴設(shè)備，同時還可以運用在無人機、物聯(lián)網(wǎng)、智能物流等多個領(lǐng)域，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化海量的終端輸入。從該意義上講，5G技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)的社會價值，在很大程度上推動了我國通信等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，因此，5G技術(shù)的運用范圍在未來會越來越廣泛，為我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步做出更大的貢獻。

1 5G技術(shù)的架構(gòu)和設(shè)計原則

從架構(gòu)的角度來看，5G技術(shù)在架構(gòu)過程中可以按照服務(wù)化的模式來定義5G核心網(wǎng)，控制平面的NF使用功能通過服務(wù)化接口來展開信息交互。國際標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)為5G技術(shù)制定了全新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)低時延、快傳輸?shù)膬?yōu)勢，提高連接密度，減少網(wǎng)絡(luò)吞吐量。5G技術(shù)架構(gòu)可以通過網(wǎng)絡(luò)功能來完成端到端的系統(tǒng)流程，為用戶提供訪問和移動管理權(quán)限，進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，達到健全服務(wù)器的功能。用戶在數(shù)據(jù)安全的情況下可以完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)授權(quán)和服務(wù)建設(shè)的不同流程。5G技術(shù)在架構(gòu)中定義的控制面主要由AMF和SMF共同組成，可以由用戶平面轉(zhuǎn)發(fā)功能來控制數(shù)據(jù)流量，用戶面和控制端口通過通信協(xié)議和原則構(gòu)成5G核心網(wǎng)絡(luò)，5G核心網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計可以讓傳統(tǒng)服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸效率及性能有所上升。

從設(shè)計原則的角度來看，5G網(wǎng)絡(luò)的使用拆分了接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，讓接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)獨自進入5G時代。這樣的5G技術(shù)能夠滿足多元化的移動寬帶設(shè)計需求，還可以促進5G技術(shù)三大場景的功能開發(fā)。此外，5G網(wǎng)絡(luò)需要打造基礎(chǔ)化的設(shè)施平臺和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新與協(xié)調(diào)發(fā)展，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署。

2 5G技術(shù)的運用優(yōu)勢和特征

2.1 運用優(yōu)勢

5G技術(shù)相對于4G技術(shù)來說取得了本質(zhì)上的進步，具有里程碑式的意義，是目前世界上最先進的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之一。作為新一代全新的移動通信技術(shù)，5G技術(shù)具有超高的通信傳輸速率，同時具有超低的時延，能夠滿足大流量接入要求，達到用戶的網(wǎng)絡(luò)要求，提升用戶體驗感。具體而言，5G技術(shù)的優(yōu)勢首先體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速率上，也就是說5G技術(shù)相對于以往的通信技術(shù)，其能夠提高傳輸速率，借助多元化的移動終端，滿足用戶對于移動通信的需要，使無線用戶與無線通信的關(guān)系更加密切。5G技術(shù)還可以讓網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率和配置效率不斷提升，讓用戶獲取信息的成本下降，效率提升，在信息獲取渠道不斷拓展的今天，能夠?qū)Y源實現(xiàn)有效的利用，降低服務(wù)成本和資源浪費。其次，5G技術(shù)的安全性能較好，數(shù)據(jù)容量和感知性能都較好，能夠為數(shù)據(jù)的保存提供較大的儲存空間，避免了數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生丟失或短缺的現(xiàn)象。5G技術(shù)涵蓋密碼技術(shù)和報警技術(shù)，促進了智能化技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的融合。這些互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的跨界融合能夠把5G技術(shù)的運用范圍進行進一步拓寬。另外，5G技術(shù)擁有較為廣闊的運用優(yōu)勢，實現(xiàn)了萬物互聯(lián)，以通信設(shè)備為基礎(chǔ)點，打造基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)。該技術(shù)覆蓋面比較大，功率損耗較低，連接點較多，成本較小，同時速率較快，可以被廣泛運用到道路交通領(lǐng)域、家居安保領(lǐng)域等。

2.2 特征

2.2.1 形態(tài)的多元化

5G技術(shù)以三大應(yīng)用場景為基礎(chǔ)：一是增強型移動寬帶；二是大規(guī)模機器連接；三是超可靠超低時延網(wǎng)絡(luò)。5G技術(shù)的運用催生出各種類型的多元化場景，與5G終端技術(shù)進行融合。除了傳統(tǒng)的手機，廣義上的5G終端技術(shù)還應(yīng)包括面向消費市場的網(wǎng)聯(lián)技術(shù)、可穿戴設(shè)備技術(shù)、數(shù)字家庭組網(wǎng)終端技術(shù)，同時還可以滲透到工業(yè)生產(chǎn)與社會生產(chǎn)領(lǐng)域，實現(xiàn)無人機、智能電網(wǎng)和物流等行業(yè)的深度融合，讓各個行業(yè)的連接平臺與硬件終端相互融合，滿足網(wǎng)絡(luò)切片、海量終端接入和邊緣計算等不同類型的業(yè)務(wù)需求。

2.2.2 制式統(tǒng)一

在全球產(chǎn)業(yè)鏈與運營商的共同作用下，5G技術(shù)在未來全球使用率和使用范圍會越來越大，達到制式統(tǒng)一的目標(biāo)?？梢杂行Т龠M互聯(lián)互通，為芯片建設(shè)、射頻器件等不同的產(chǎn)業(yè)鏈選擇合適的發(fā)展方向，以研發(fā)和生產(chǎn)資源作為聚焦中心，推動5G終端的進一步發(fā)展[1]。目前常見的5G技術(shù)代表公司有華為、諾基亞等，這些企業(yè)已經(jīng)有多項5G技術(shù)專利，并已經(jīng)應(yīng)用到相關(guān)的設(shè)備上。

3 5G關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1 大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是5G技術(shù)的重要切入點，它憑借密集組網(wǎng)技術(shù)，有效地縮短數(shù)據(jù)延時，提升數(shù)據(jù)無線傳感的能力，增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實效性，為用戶提供更加滿意的通信服務(wù)[2]。大規(guī)模的MIMO技術(shù)可以實現(xiàn)無線信號的同頻收發(fā)，無論是數(shù)據(jù)信息的傳輸還是接收，都能夠取得不錯的效果。大規(guī)模MIMO技術(shù)還能夠幫助有關(guān)工作者打造較為高效的通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，在不增加頻譜寬度的前提下擴展信道容量，進一步提升通信系統(tǒng)信道容量的資源配置效率。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)在頻譜帶寬方面存在一定的問題，大規(guī)模的MIMO技術(shù)能夠有針對性地對此進行修復(fù)，有效控制成本，打造更加穩(wěn)定安全的通信環(huán)境。另外，大規(guī)模的MIMO技術(shù)還能夠融合有源天線技術(shù)優(yōu)勢，以垂直方向進行科學(xué)編碼，利用天線單元組合實現(xiàn)動態(tài)波束賦形，把MIMO技術(shù)和有源天線進行相互結(jié)合，進一步對數(shù)據(jù)接收和傳輸?shù)乃俾蔬M行優(yōu)化，擴大數(shù)據(jù)通信范圍，增強通信能力。

3.2 超密集組網(wǎng)技術(shù)

超密集組網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)路徑是增加基站的密度，提高頻率的使用效率。超密集組網(wǎng)技術(shù)以虛擬層技術(shù)和無線物理層技術(shù)為核心，可以細分為M AC技術(shù)、多址技術(shù)和編碼技術(shù)。在無線物理層技術(shù)的支持下，可以提升通信網(wǎng)絡(luò)熱點的強度和通信質(zhì)量，消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，讓5G通信的頻譜帶寬使用效率不斷上升。無線物理層技術(shù)能夠打造相對立體化的數(shù)據(jù)構(gòu)造，有效擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，可以為不同類型的用戶提供各種類型的通信服務(wù)，讓系統(tǒng)容量有所增加。虛擬層技術(shù)的主要任務(wù)是處理多層網(wǎng)絡(luò)的虛擬信號，利用單層實體網(wǎng)絡(luò)，以站作為主要平臺進一步進行虛擬平臺的搭建，以特定的形式進行傳輸。實體層控制平臺的對象是實體站，能夠負責(zé)各類信息的接收和傳輸，通過虛擬層技術(shù)調(diào)控單載波和多載波。通信公司能夠以虛擬層技術(shù)作為出發(fā)點，全面了解不同用戶的通信需求，根據(jù)通信業(yè)務(wù)類別調(diào)整發(fā)展方向，對資源進行有效的調(diào)配，防止資源分布不均的問題出現(xiàn)，為用戶提供更加符合需求的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

3.3 毫米波頻段技術(shù)

毫米波頻段技術(shù)是5G技術(shù)應(yīng)用中一項重要的基礎(chǔ)技術(shù)。毫米波指的是一種特殊的電磁波，波長為1～10 mm，波動頻率為30～300 GHz。5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部涵蓋了大量的頻譜資源，頻譜資源一旦增多，很容易造成數(shù)據(jù)阻塞或數(shù)據(jù)信道混亂。為避免此種情況在5G通信過程中出現(xiàn)，可以利用毫米波頻段技術(shù)來滿足實際通信需求，使5G技術(shù)具有更加穩(wěn)定的頻譜來源[3]。在實際應(yīng)用過程中，毫米波頻段技術(shù)不能只利用傳統(tǒng)的接頭模式，因為傳統(tǒng)的接頭無法達到預(yù)期的效果，同時還會影響通信技術(shù)的正常使用，難以讓毫米波頻段技術(shù)的應(yīng)用價值有效體現(xiàn)。因此，要盡可能地把毫米波頻段和系統(tǒng)中的中頻子系統(tǒng)進行隔離，在符合實際要求的情況下確保通信的穩(wěn)定性。

4 5G技術(shù)應(yīng)用場景

4.1 在車聯(lián)網(wǎng)通信中的運用

傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境存在一些問題，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)終端和信息支持層面，如果能夠把5G技術(shù)運用在車聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中，能夠極大地改善傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)的弊端和不足之處，確保系統(tǒng)內(nèi)部供電裝置的穩(wěn)定，使車輛得以安全運行。5G技術(shù)的使用能夠為汽車增添數(shù)據(jù)信息采集和傳輸?shù)木C合功能，利用云中心對采集來的數(shù)據(jù)展開分析和調(diào)度，讓車輛與交通管理部門之間形成交互聯(lián)動，也為車輛管理部門提供高效、快捷的車輛管理方法。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠滿足用戶的實際需求，為汽車自動駕駛提供保障，加強了現(xiàn)行駕駛管理力度，使今后的出行變得更加智能化、便捷化，從而節(jié)約時間，確保行駛安全。

4.2 在覆蓋增強中的運用

如果網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量激增將會影響網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?，降低用戶網(wǎng)絡(luò)體驗的滿意度，這一點是傳統(tǒng)通信技術(shù)的弊端。5G技術(shù)的可以采用高頻譜技術(shù)，在實際運行過程中對數(shù)據(jù)傳輸渠道進行有效優(yōu)化，完善整體架構(gòu)，在應(yīng)用場景中采用5G技術(shù)實現(xiàn)全覆蓋[4]。隨著現(xiàn)代社交網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件的不斷完善與升級，通過網(wǎng)絡(luò)展開線上交流的用戶群體不斷增多，網(wǎng)絡(luò)社交過程經(jīng)常會以一對多的模式展開交流。在5G技術(shù)的應(yīng)用中，可以實現(xiàn)全覆蓋，并且保障實際應(yīng)用場景的可靠性和安全性。

4.3 智能技術(shù)中的運用

5G技術(shù)需在應(yīng)用中發(fā)揮信息采集和傳輸能力等優(yōu)勢，讓智能技術(shù)更好地服務(wù)于人民群眾。5G技術(shù)能夠以智能化的手段輔助學(xué)習(xí)，該過程不僅能夠提升數(shù)據(jù)傳輸速率，而且還可以降低數(shù)據(jù)傳輸時延對學(xué)習(xí)產(chǎn)生的影響，從而進一步提升智能技術(shù)的發(fā)展[5]。

5 結(jié)束語

綜上所述，5G技術(shù)的不斷發(fā)展是必然趨勢，對5G通信技術(shù)的運用需要研究其應(yīng)用場景，立足于當(dāng)下的實際情況，構(gòu)建出科學(xué)合理的應(yīng)用模式，最終推動我國5G技術(shù)的高速發(fā)展?！?/p>