淺談5G通訊技術及其發(fā)展趨勢

王亞文，王丹，劉佳（通訊作者）

（武漢商學院信息工程學院，湖北武漢，430056）

0 引言

目前，5G 的發(fā)展受到了世界各地通訊商的關注。有媒體說：掌握了5G 的核心技術，就相當于引領了未來50 年世界科技的發(fā)展。5G 的超低時延性，大規(guī)模覆蓋性的特點會帶給用戶擁有更好的上網(wǎng)體驗。同時5G 也將引領出一批新興產(chǎn)業(yè)，如：智能家居、無人汽車、VR 等，這些產(chǎn)業(yè)將與5G 技術結(jié)合，使用戶得到不一樣的的體驗，讓人們的生活更加趨于智能化。

1 5G 核心技術

全面分析5G 的過程中，首先要了解的是5G 在核心技術上的創(chuàng)新。這些技術將從根本上改變網(wǎng)絡傳播的方式及網(wǎng)絡傳播的速度，使5G 技術實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

1.1 大規(guī)模多天線

大規(guī)模多天線技術是一種多入多出（MIMO）的通信系統(tǒng)，在系統(tǒng)中基站的天線數(shù)遠遠高于終端的天線數(shù)[1]。大規(guī)模的MIMO 將通過波束成形技術，使所要傳輸?shù)男畔⒏泳哂兄赶蛐?，防止收到周圍發(fā)出的其他的信息干擾，也可提升終端的接受速率。同時運用大規(guī)模多天線技術只需要采用簡單的預編碼處理就可以提高其運行速率。但是這一技術目前仍處于實驗室試驗階段，還不能作為商用。

1.2 small cell 異構網(wǎng)絡技術

5G 是對4G 通信的進一步提升，5G 的相關技術也將在4G 原有的技術上進行完善。4G 通訊需要在不同的高地建立大型基站，從而進行信息發(fā)送。但由于基站占地面積的龐大，就使得基站數(shù)量基數(shù)小，因此兩個基站中間距離很遠，這樣就減緩了信息的發(fā)送速率，并且這樣傳輸?shù)男畔⒁踩菀资艿狡渌念l道的信息干擾。但對于5G 來說，small cell 技術充分解決了基站占地面積大這一問題。未來的5G，只需要在小區(qū)中建立小型基站，這種基站的體積微小，在路燈上就可以安裝，可以大大減少占地面積。通過大量的基站的建設，不但可以提高網(wǎng)絡的覆蓋率和信號強度，而且可以增加系統(tǒng)服務的終端的數(shù)量。

圖1 模擬small—cell 技術效果圖

1.3 C-RAN 技術

C-RAN（新型的基于云的無限接入網(wǎng)構架）由三部分組成，由遠端無線射頻單元和田縣組成的分布式無線網(wǎng)，由高帶寬低延遲的光傳輸網(wǎng)絡連接遠端無線射頻單元，由高性能處理器和實時虛擬技術組成的集中式基帶處理池[2]。通過這三部分的相互配合，提高了頻譜利用率和網(wǎng)絡容量，5G 可以輕松面對日益增加的網(wǎng)絡吞吐量，減少網(wǎng)絡的延時問題。在人群密集的場所，將不會有因為網(wǎng)絡不夠流暢而使人們苦惱的問題。

2 5G 應用場景

為更進一步的了解5G，我們應從5G 的應用場景入手。了解5G 技術應用的范圍，及其所帶來的價值意義。

2.1 增強型移動寬帶通信

在人口密度比較大的地方，使用4G 網(wǎng)絡時手機網(wǎng)速總會受到制約，導致人們無法流暢使用網(wǎng)絡。而5G 網(wǎng)絡將充分地解決這一問題，它通過增強寬帶通信，更好地滿足人們的需求。它將在傳統(tǒng)技術上進行優(yōu)化，提高運行速率，改善并提升用戶體驗，將常識性和改進型管理結(jié)構作為關鍵。同時5G 也將大大提高網(wǎng)絡傳輸?shù)慕尤胨俣?，使用戶體驗感增強。4G 下行峰值傳輸速率只有1Gb/s,而5G 中下行峰值則高達到20Gb/s[3]。舉個例子：下載一部電影，應用4G 網(wǎng)絡需要幾分鐘甚至十幾分鐘，但如果運用5G 網(wǎng)絡僅需十幾秒鐘，這樣將有力的提高人們的辦事效率。

2.2 大規(guī)模機器型通信

在5G 的背景下，萬物互聯(lián)將會是人類發(fā)展的必然趨勢。相對于傳統(tǒng)的eMTC 技術，大規(guī)模機器型通信將實現(xiàn)物與人和物與物之間的連接。通過運用物聯(lián)網(wǎng)技術，將機器連接起來形成體系與終端相連，便于管理者在終端上更好的維護非敏感數(shù)據(jù)結(jié)構和信息交叉體系，從而提高大規(guī)模機器群的可操作性，降低操作成本。當大規(guī)模機器型通信實現(xiàn)時，智能家居將會將會普及于人們的日常生活，人們的生活方式也會因此而改變。

2.3 超高可靠性超低延時通信

在5G 的推廣過程中，要確保網(wǎng)絡吞吐量、時延信息、可用性都達到相應的要求，就應監(jiān)督和管理好它的超高可靠性超低延遲性，保證技術的完善性。4G 中的延時在70 毫秒左右，而uRLLC 技術可將通信延時降低到毫秒以下，實現(xiàn)觸覺互聯(lián)，VR 技術將會更完美的展現(xiàn)在人們面前。就如現(xiàn)在一些知名手游，王者榮耀，吃雞類的競技游戲，延遲就意味著你的操作要很久才能在英雄身上體現(xiàn)，而5G 時代的到來，將大大縮短這一時間，延遲將會降到10ms 以下，使用戶體驗感更強。

3 5G 的發(fā)展方向

在國家的大力支持和市場的推動下，5G 技術正在不斷完善。

3.1 社會更智能

可預見的是，未來5G 將使人類的生活變得更加智能化。

從交通出行方面來說，5G 技術的出現(xiàn)將會使智能車技術更加完備。無人車的各個部件將連接到同一臺終端上，實現(xiàn)物物相連，通過各部協(xié)調(diào)，做到完美制動。5G 的超高可靠性超低時延性將使汽車的反應更快，遇到緊急情況時，通過高速的信息回傳，在短時間內(nèi)，作出最迅速的反應，減少事故的發(fā)生，為人們的出行保駕護航。

醫(yī)療方面也將受到5G 的影響，未來主刀醫(yī)師將會是某臺編號的機器，由于機器的超高穩(wěn)定性，通過視頻傳輸，準確定位，降低手術的失誤率，造福病人。異區(qū)診斷將不再罕見，患者在家就能看病，這一舉措將減輕醫(yī)院排隊的壓力。

當5G 全面推廣時，教育發(fā)展不平衡的問題也將會得到有效的改善，因為5G 基站的體小，易于置放的特點，即使在偏遠山區(qū)也可大量建設基站，使地方信號更加穩(wěn)定。通過視頻教學，偏遠地區(qū)的孩子們也將聽到優(yōu)質(zhì)老師講的課。同時隨著VR 和5G 技術的雙向發(fā)展，帶上一副眼鏡就仿佛置身于另一端的老師的課堂，同時可進行課堂互動，增大學生的學習興趣，使距離不再遙遠。

5G 技術也將會在農(nóng)業(yè)上有所應用，為每一種蔬菜制作其特定的二維碼，顧客通過掃描二維碼，就可全方位看到蔬菜成長的環(huán)境，使用的肥料等情況，讓人們吃到真正的放心菜。智能家居、智能電網(wǎng)也都將隨著5G 的發(fā)展變成現(xiàn)實，提高人們的生活品質(zhì)。

圖2 關于5G 技術的應用方向圖示

3.2 人才的更新?lián)Q代

5G 時代的到來必定會帶來云計算、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、SND 等新技術方面的普及化。因此各大高校、公司應做好人才培養(yǎng)工作，保證人才能夠熟悉并掌握相應技能，有效提高工作效率和工作質(zhì)量，以推進5G 的發(fā)展。同時5G 的到來必將會對一些企業(yè)帶來危機和挑戰(zhàn)，企業(yè)領導應探索新的生存方式，做好完美轉(zhuǎn)型，積極發(fā)展5G 產(chǎn)業(yè)，以應對5G時代科技巨變所帶來的巨大沖擊。

4 總結(jié)

從2G 開始，3G 過渡，4G 提升，再到今天5G 的飛躍，無一不在詮釋著科學技術的發(fā)展。5G 將對4G 的核心技術進行全面的優(yōu)化，從而提高能源的利用率，提升信息傳輸速率，使受眾人群達到更極致的上網(wǎng)體驗?？深A料的是，在未來，5G 將帶來一場科技革命，它將徹底改變社會的意識形態(tài)，打破人們對傳統(tǒng)生活方式的認知，使得人們在醫(yī)療、教育、出行等方面更加智能化，人類社會發(fā)展進程將會邁進一大步。