對(duì)新時(shí)期5G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與應(yīng)用分析

劉波濤 吳遠(yuǎn)清

摘? 要：今天，5G無(wú)線通信技術(shù)正在逐步投入實(shí)用;相較于4G，5G技術(shù)具有諸多創(chuàng)新之處與明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，完全可以預(yù)計(jì)5G無(wú)線通信技術(shù)將在不久后的將來(lái)全面取代4G，徹底改變移動(dòng)通信領(lǐng)域的面貌。我們應(yīng)當(dāng)密切跟蹤5G無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，并分析其應(yīng)用前景。本文將就這一方面的問(wèn)題展開(kāi)論述，希望本文有助于大家了解5G。

關(guān)鍵詞：5G無(wú)線通信技術(shù);毫米波技術(shù);多天線技術(shù);云計(jì)算

中圖分類號(hào)：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）15-0078-02

Tracking and Application Analysis of 5G Wireless Communication Technology

in the New Period

LIU Botao，WU Yuanqing

（Zhuhai Branch，Guangdong Southern Telecom Planning Consulting and Design Institute Co.，Ltd.，Zhuhai? 519000，China）

Abstract：Today，5G wireless communication technology is gradually put into practice;compared with 4G，5G technology has many innovations and obvious advantages. Therefore，it can be predicted that 5G wireless communication technology will completely replace 4G in the near future，and completely change the face of the mobile communication field. We should closely track the development of 5G wireless communication technology and analyze its application prospects. This article will discuss this issue，hoping that this article will help you understand 5G.

Keywords：5G wireless communication technology;millimeter wave technology;multi-antenna technology;cloud computing

0? 引? 言

2019年4月15日，網(wǎng)絡(luò)上被新華國(guó)際的一條新聞《5G是真的快，如果你能找到信號(hào)的話》刷屏;2019年6月6日，工信部向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電等四家運(yùn)營(yíng)商正式發(fā)放5G商用牌照。預(yù)計(jì)在不久后的將來(lái)，預(yù)計(jì)在3—5年以內(nèi)，5G技術(shù)將如海潮般席卷世界，徹底改變無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的面貌。

1? 5G無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)

5G，指的是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，其英文全稱為“5th Generation Mobile Networks”;5G是移動(dòng)通信發(fā)展史上一個(gè)新的里程碑。5G的出現(xiàn)，標(biāo)志著移動(dòng)通信進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期[1]。

我們通過(guò)表1向大家簡(jiǎn)要介紹1G～5G的發(fā)展過(guò)程。

2? 跟蹤5G技術(shù)的發(fā)展

2.1? 毫米波技術(shù)

眾所周知，不同頻率的電磁波具有一定的波長(zhǎng)與頻率。甚低頻超長(zhǎng)波波長(zhǎng)在104～105m之間，頻率在3～30kHz之間;高頻短波波長(zhǎng)在10～102m之間，頻率在3～30MHz之間;甚高頻超短波波長(zhǎng)在1～10m之間，頻率在30～ 300MHz之間;特高頻微波波長(zhǎng)在10～100cm之間，頻率在300～3000MHz之間;超高頻微波波長(zhǎng)在1～10cm之間（又稱厘米波），頻率在3～30GHz之間。而極高頻微波波長(zhǎng)在1～10mm之間，故而稱為毫米波，頻率在30～ 300GHz之間。4G采用厘米波傳輸信號(hào)，而5G采用毫米波傳輸信號(hào)。毫米波頻率高（30～300GHz）、波長(zhǎng)短、頻譜更寬，可以為移動(dòng)通信提供更大的信道容量，適用于多媒體傳輸;且毫米波傳輸波束窄、方向性好、可靠性更高。

2019年2月22日，韓國(guó)三星公司宣布研發(fā)出5G毫米波基站無(wú)線通信核心芯片（RFIC）。這塊芯片帶寬從800MHz提升至1.4GHz，大大提升了數(shù)據(jù)傳輸率，并擴(kuò)大了服務(wù)覆蓋范圍[3]。

雖然毫米波技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但毫米波在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較大的電磁波路徑損耗，傳播質(zhì)量差，而且毫米波不易穿過(guò)高層建筑;此外，樹(shù)葉、雨水都可以吸收毫米波。因此，美國(guó)記者、韓國(guó)記者在親測(cè)5G時(shí)，都發(fā)現(xiàn)了5G網(wǎng)速波動(dòng)極大、5G毫米波信號(hào)對(duì)基站極為依賴等問(wèn)題。這些問(wèn)題都是5G應(yīng)用道路上必須克服的問(wèn)題，亟待專家們攻關(guān)解決。

2.2? 超密集組網(wǎng)技術(shù)（UDN）

5G采用毫米波技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)5G的高網(wǎng)速與高流量密度，同時(shí)也為了適應(yīng)毫米波有效傳輸距離短的實(shí)際情況，5G基站間距將大為縮小;因而5G必須應(yīng)用超密集組網(wǎng)技術(shù)（Ultra-Dense Network，首字母縮寫為UDN）。

從1G到4G，小區(qū)半徑一直在縮小;UDN技術(shù)依托小小區(qū)，小小區(qū)的有效覆蓋范圍僅為10～200m，并采用多連接技術(shù)、無(wú)線回傳技術(shù)、多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù)，使數(shù)據(jù)流量與系統(tǒng)容量大幅增長(zhǎng)（據(jù)估算數(shù)據(jù)流量可增大1000倍）。

UDN技術(shù)也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題：設(shè)置更多、更密集的無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)，也就意味著系統(tǒng)成本與能耗將會(huì)增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會(huì)更為復(fù)雜;無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)之間間距過(guò)短，小小區(qū)之間切換頻率將進(jìn)一步增大，這不僅會(huì)加劇移動(dòng)信令負(fù)荷，而且會(huì)造成嚴(yán)重的系統(tǒng)干擾[4]。因此，大規(guī)模應(yīng)用UDN技術(shù)存在著一定的困難;亟待專家們尋找新的干擾控制方法，研究新的移動(dòng)性管理解決方案。

2.3? 多天線技術(shù)

多天線技術(shù)，其基本特征是在5G基站側(cè)集中配置大規(guī)模天線陣列（陣列數(shù)超過(guò)8個(gè)），從而獲得更加精確的波束控制能力。采用多天線技術(shù)，可以有效抑制毫米波信號(hào)傳輸過(guò)程中遇到的干擾，并為小小區(qū)帶來(lái)干擾抑制增益。

3? 分析5G技術(shù)的應(yīng)用

3.1? 在數(shù)字貨幣中應(yīng)用5G技術(shù)

自比特幣出現(xiàn)后，世界各國(guó)都在積極研發(fā)本國(guó)數(shù)字貨幣。2018年，人民銀行行長(zhǎng)周小川表示我國(guó)央行也將推出以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的數(shù)字貨幣。5G技術(shù)具有極高的安全性、兼容性與極快的傳輸速度，應(yīng)用5G技術(shù)支付數(shù)字貨幣，不僅可以將價(jià)值交換的速度提高上千倍，將價(jià)值交換的范圍覆蓋至整個(gè)世界，而且可以為人們使用數(shù)字貨幣提供可靠的安全保障，并將貨幣的流通成本、發(fā)行成本減少至零。

3.2? 在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算領(lǐng)域中應(yīng)用5G技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年全世界新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量達(dá)33ZB，超過(guò)過(guò)去250萬(wàn)年全部數(shù)據(jù)總量的6倍。因此，專家們提出人類已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，并強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)也是一種重要的資源。在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中應(yīng)用5G技術(shù)，可以在最短的時(shí)間內(nèi)傳輸、分析、處理大量多元化、碎片化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，從而幫助人們駕馭大數(shù)據(jù)。

云計(jì)算同樣離不開(kāi)5G的技術(shù)支撐。眾所周知，云計(jì)算是依托互聯(lián)網(wǎng)在線虛擬化資源，實(shí)施按需即取的自治式計(jì)算服務(wù)。云計(jì)算的運(yùn)算速度可達(dá)每秒十萬(wàn)億次。在云計(jì)算領(lǐng)域應(yīng)用5G技術(shù)，可以提高云計(jì)算的可靠性、穩(wěn)定性，防止數(shù)據(jù)泄露，并將云計(jì)算的速度進(jìn)一步提升。

3.3? 在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用5G技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)，醫(yī)療資源緊張、醫(yī)療機(jī)構(gòu)分布不均勻等問(wèn)題一直困擾著廣大醫(yī)務(wù)工作者，也造成了廣大群眾看病難的現(xiàn)象。5G數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t時(shí)間不足1ms，在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用5G技術(shù)，可以集中數(shù)量有限的特級(jí)醫(yī)生在線上為全國(guó)各地的病人進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療，而全國(guó)各醫(yī)院年輕的實(shí)習(xí)醫(yī)生也可以通過(guò)5G技術(shù)參與在線醫(yī)療，學(xué)習(xí)醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)。還有專家提出將人工智能、5G與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建覆蓋全國(guó)的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)全國(guó)各地的病人實(shí)施全天候、全過(guò)程醫(yī)療服務(wù);從而徹底解決“看病難”問(wèn)題。

4? 結(jié)? 論

今天，無(wú)線移動(dòng)通信已經(jīng)邁入5G新時(shí)期。在這個(gè)新時(shí)期，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究、克服5G技術(shù)發(fā)展中遇到的各種障礙，積極探索5G的應(yīng)用領(lǐng)域，依托5G技術(shù)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新時(shí)代。未來(lái)，正在我們的眼前。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石啟國(guó).5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景探析 [J].中國(guó)新通信，2019，21（9）：5.

[2] 田雨潤(rùn)，孫銘君.5G無(wú)線通信技術(shù)的概念及其應(yīng)用探究 [J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（9）：50.

[3] 張然.試論5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用前景 [J].電子世界，2019（1）：75+77.

[4] 王濤.5G無(wú)線通信技術(shù)概念及相關(guān)應(yīng)用的思考 [J].中國(guó)新通信，2018，20（7）：37-39.

作者簡(jiǎn)介：劉波濤（1969.08-），男，漢族，江西尋烏人，副總經(jīng)理，工程師，本科，研究方向：傳輸技術(shù)應(yīng)用;吳遠(yuǎn)清（1969.08-），男，漢族，廣東興寧人，技術(shù)部經(jīng)理，工程師，本科，研究方向：傳輸技術(shù)應(yīng)用。