5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)分析

◆吳 泉

5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)分析

◆吳 泉

（中國(guó)電信股份有限公司廣州分公司廣東 510620）

為了進(jìn)一步提升5G的實(shí)用性與商業(yè)價(jià)值，推動(dòng)其在實(shí)踐環(huán)節(jié)的科學(xué)高效應(yīng)用，本文以5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景以及關(guān)鍵技術(shù)作為研究的切入點(diǎn)，對(duì)5G通信技術(shù)進(jìn)行全方位階段，形成系統(tǒng)性認(rèn)知，為后續(xù)相關(guān)應(yīng)用以及技術(shù)研發(fā)工作的開(kāi)展提供理論參考。

5G；通信技術(shù)；應(yīng)用場(chǎng)景；關(guān)鍵技術(shù)

0 前言

與其他通信技術(shù)相比，5G技術(shù)進(jìn)一步提升了用戶體驗(yàn)，為用戶提供更為快捷、穩(wěn)定的通信服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，突出5G通信在流暢性以及穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)，大量使用超密集組網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、SDN技術(shù)等。對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)梳理以及應(yīng)用場(chǎng)景的分析，有助于幫助通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)，更加深入地掌握技術(shù)特點(diǎn)，明確技術(shù)要求，強(qiáng)化技術(shù)使用效能，確保相關(guān)通信技術(shù)的合理高效使用。

1 5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景分析

對(duì)5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的梳理，有助于技術(shù)人員在思維層面形成系統(tǒng)性認(rèn)知明確5G通信技術(shù)在使用環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)，理順技術(shù)應(yīng)用流程，增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用的針對(duì)性與有效性。

與前四代通信網(wǎng)絡(luò)相比，5G通信網(wǎng)絡(luò)在流量密度、延時(shí)、連接數(shù)量以及上網(wǎng)速度等方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的提升，為用戶提供了更為舒暢的用戶體驗(yàn)，進(jìn)一步滿足了三網(wǎng)合一以及物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于數(shù)據(jù)信息交互的要求。從整體層面來(lái)看，大致上可以將5G通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景劃分為連續(xù)廣域覆蓋、低功耗大連接、低延時(shí)以及高容量等4個(gè)場(chǎng)景[1]。具體來(lái)看，5G通信技術(shù)的連續(xù)廣域覆蓋能夠滿足用戶在移動(dòng)的情況下，快速獲取各類互聯(lián)網(wǎng)資源，流暢開(kāi)展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，5G通信網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)在于為用戶提供百兆以上的上網(wǎng)體驗(yàn)，進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。隨著移動(dòng)通信終端的普及，在辦公區(qū)、體育場(chǎng)以及商場(chǎng)等人口密集地區(qū)，逐步形成高容量熱點(diǎn)區(qū)域，通信網(wǎng)絡(luò)需要在短時(shí)間內(nèi)為大量用戶提供高質(zhì)量的上網(wǎng)服務(wù)，滿足用戶的通信需求。但是在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)之中，由于網(wǎng)絡(luò)自身架構(gòu)等方面的問(wèn)題，熱點(diǎn)場(chǎng)景下，通信網(wǎng)絡(luò)速度不斷下降，用戶體驗(yàn)感持續(xù)降低，而5G通信技術(shù)則在很大程度上，改善了這一情況，通過(guò)對(duì)一系列技術(shù)的合理使用，提升了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力，降低網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)性，不僅為用戶的上網(wǎng)提供更加流暢的體驗(yàn)，也為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)的架設(shè)提供了技術(shù)支持。例如5G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)ms級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，切實(shí)強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，有效彌補(bǔ)了過(guò)往通信網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，增強(qiáng)了5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的有效性與穩(wěn)定性。

2 5G關(guān)鍵技術(shù)研究

5G通信技術(shù)類型多樣，涉及多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，為了確保5G通信網(wǎng)絡(luò)順利搭建，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性與商用化水平，技術(shù)人員與通信運(yùn)營(yíng)商有必要對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行梳理，明確5G通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的主要門類、技術(shù)特點(diǎn)以及具體參數(shù)。為后續(xù)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用以及完善提供了方向性引導(dǎo)，強(qiáng)化技術(shù)使用的有效性。

2.1 無(wú)線傳輸技術(shù)

2.1.1大規(guī)模MIMO技術(shù)

5G通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線傳輸技術(shù)的高效使用，以大規(guī)模MIMO技術(shù)以及超密集組網(wǎng)技術(shù)作為切入點(diǎn)，5G通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸能力得到有效提升，數(shù)據(jù)獲取的延時(shí)性大大縮短，穩(wěn)定性得到快速增強(qiáng)，用戶體驗(yàn)感得到快速提升。具體來(lái)看，大規(guī)模MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的同步收發(fā)，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)信息的接收以及傳輸能力，其結(jié)構(gòu)組成如圖１所示。

大規(guī)模MIMO技術(shù)能夠在不增加頻譜寬度的前提下，有效提升通信系統(tǒng)內(nèi)的信道容量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)信道容量利用率的提高，形成一個(gè)完整高效的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時(shí)，大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用，也有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)在頻譜帶寬方面存在的缺陷，降低了通信成本，增強(qiáng)了通信的穩(wěn)定性[2]。伴隨著有源天線單元技術(shù)的成熟與完善，大規(guī)模MIMO技術(shù)在天線方面也做出了一定的調(diào)整，借助于天線單元的組合以及科學(xué)編碼，使得大規(guī)模NIMO技術(shù)在垂直方向上進(jìn)行動(dòng)態(tài)波束賦形，強(qiáng)化了天線的數(shù)據(jù)接收、傳輸效率，進(jìn)而有效提升通信能力，擴(kuò)大覆蓋范圍，對(duì)于后續(xù)基站建設(shè)以及維護(hù)工作的開(kāi)展帶來(lái)了極大便利。同時(shí)也在很大程度上，降低了5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開(kāi)發(fā)成本，確保了盈利空間。

圖1　結(jié)構(gòu)組成

2.1.2超密集組網(wǎng)技術(shù)

超密集組網(wǎng)技術(shù)可以通過(guò)增加基站密度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，尤其是小型通信基站的部署在很大程度上提升了頻率復(fù)用的效率，形成系統(tǒng)完備的通信機(jī)制。超密集組網(wǎng)技術(shù)主要包括無(wú)線物理技術(shù)以及虛擬層技術(shù)，無(wú)線物理層技術(shù)主要涉及編碼技術(shù)、MAC技術(shù)、多址技術(shù)等，在無(wú)線物理層技術(shù)下，能夠進(jìn)一步提升5G網(wǎng)絡(luò)的頻譜帶寬使用效率，同時(shí)無(wú)線物理層技術(shù)在很大程度上，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)強(qiáng)度，滿足了不同場(chǎng)景下的用戶通信需求，逐步消除網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，增強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量，構(gòu)建起一個(gè)立體化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。虛擬層技術(shù)則是通過(guò)單層實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行多層網(wǎng)絡(luò)的虛擬處理，如圖２所示：

圖2　實(shí)體層與虛擬層

單層實(shí)體基站在單層實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，搭建虛擬網(wǎng)絡(luò)，以宏基站作為虛擬網(wǎng)絡(luò)的主要平臺(tái)，對(duì)虛擬層進(jìn)行指令控制，實(shí)現(xiàn)高效管理[3]。實(shí)體站作為實(shí)體層控制平臺(tái)，對(duì)各類傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。在虛擬層技術(shù)下，技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)單載波或者多載波的實(shí)時(shí)調(diào)控，通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)管控，電信運(yùn)營(yíng)公司能夠根據(jù)用戶的通信需求以及業(yè)務(wù)類別，靈活進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置以及調(diào)整，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有效調(diào)配，避免出現(xiàn)資源分配不均勻的情況，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。

2.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用主要集中于SDN以及NFV兩個(gè)方面。SDN作為軟件定義網(wǎng)絡(luò)的主要手段，其實(shí)現(xiàn)了對(duì)Emulex網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新，是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方式。在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，SDN充分發(fā)揮了分離路由器在網(wǎng)絡(luò)控制以及指令轉(zhuǎn)發(fā)方面的功能，在減少5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的智能化，網(wǎng)絡(luò)的自我決策、自我管理能力得到提升。在過(guò)往的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之中，技術(shù)人員需要根據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行上線部署，在這種工作思路下，如果發(fā)生業(yè)務(wù)需求的變動(dòng)，技術(shù)人員就應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備參數(shù)的修訂，其中涉及的路由器、交換機(jī)以及防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，修改配置難度較大，周期較長(zhǎng)，對(duì)于業(yè)務(wù)辦理的流暢性以及高效性均產(chǎn)生了不良影響[4]。而SDN技術(shù)的應(yīng)用則在很大程度上解決了這一問(wèn)題，技術(shù)人員可以通過(guò)必要的技術(shù)手段，對(duì)路由器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行快速修改，使得整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力以及靈活性得到提升。NFV也就是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，其目的在于通過(guò)對(duì)IT的虛擬化處理，實(shí)現(xiàn)技術(shù)整合，避免硬件體量過(guò)大給日常設(shè)備管理帶來(lái)的問(wèn)題。NFV技術(shù)以O(shè)TS大型共享服務(wù)器作為框架，使用虛擬機(jī)技術(shù)開(kāi)展一系列虛擬技術(shù)，從技術(shù)成本的層面來(lái)看，NFV的技術(shù)成本相對(duì)較低，并且具有較強(qiáng)的靈活性，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求的變化，積極快速的調(diào)整相關(guān)參數(shù)，轉(zhuǎn)變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化服務(wù)能力[5]。尤其在云計(jì)算技術(shù)等技術(shù)手段的支持下，NFV能夠在獨(dú)立的物理服務(wù)器上進(jìn)行結(jié)構(gòu)部署，有效降低了運(yùn)行負(fù)擔(dān)，不僅提升了網(wǎng)絡(luò)部署的速率，同時(shí)也有助于各類故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與排除，對(duì)于后續(xù)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)以及優(yōu)化工作的開(kāi)展也創(chuàng)造了條件。

3 結(jié)語(yǔ)

5G通信技術(shù)的完善以及通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的社會(huì)意義與經(jīng)濟(jì)意義。為了推動(dòng)5G通信技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，加快通信網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化，文章著眼于實(shí)際，在分析5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景以及關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)5G通信技術(shù)形成一個(gè)全面的認(rèn)知，進(jìn)而為后續(xù)相關(guān)技術(shù)研發(fā)、優(yōu)化以及應(yīng)用工作的開(kāi)展創(chuàng)造條件。

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