5G通信系統(tǒng)的核心技術(shù)與應(yīng)用

洪波

摘要：文章首先針對(duì)5G核心技術(shù)展開剖析，而后進(jìn)一步從應(yīng)用的層面加以論述。

關(guān)鍵字：5G;通信;技術(shù);應(yīng)用

社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及科技的發(fā)展，從多個(gè)方面同時(shí)形成了對(duì)于通信領(lǐng)域的推動(dòng)力量。尤其是互聯(lián)網(wǎng)+思想和相關(guān)政策的出臺(tái)，更加讓通信成為了各行各業(yè)內(nèi)部，以及行業(yè)之間實(shí)現(xiàn)溝通的重要渠道。5G技術(shù)的應(yīng)用，就當(dāng)前形勢而言可謂順應(yīng)時(shí)代需求，其能夠在數(shù)據(jù)傳輸方面提供更大容量、更高速率以及更高穩(wěn)定性和安全性的傳輸服務(wù)，也因此決定了5G技術(shù)必然會(huì)成為未來各個(gè)領(lǐng)域通信環(huán)境的重要支持力量。有鑒于此，必須深入考察5G的技術(shù)特征，從技術(shù)根本出發(fā)，才能確定出其相對(duì)于4G技術(shù)體系的優(yōu)越之處，并且確定出其應(yīng)用重點(diǎn)方向。

一、5G核心技術(shù)剖析

相對(duì)于4G技術(shù)體系而言，5G涉及到的技術(shù)相對(duì)比較多樣，其中包括第五代毫米波、微基站、波束賦形以及D2D技術(shù)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)用也更為多樣化，相對(duì)于4G時(shí)代重點(diǎn)關(guān)注基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多媒體數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)而言，5G技術(shù)的應(yīng)用，更多聚集在VR/AR以及相關(guān)領(lǐng)域的智慧自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方面，諸如智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及無人駕駛等方面，家庭智慧終端，也在5G的支持之下呈現(xiàn)出更為蓬勃的發(fā)展態(tài)勢。

從技術(shù)發(fā)展的角度看，5G通信系統(tǒng)本身依靠的并不是一項(xiàng)技術(shù)，而是一個(gè)技術(shù)簇，通過多項(xiàng)技術(shù)之間的合作，來達(dá)到5G通信體系的實(shí)現(xiàn)。在這樣的技術(shù)框架之下，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)以及信息中心網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)固然不容忽視，但是相對(duì)比4G而言，需要重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)應(yīng)當(dāng)在毫米波等方面。以下展開論述。

所謂毫米波，就是波長在1-10mm范圍內(nèi)的波，其在波譜中的位置，處于微波和遠(yuǎn)紅外交疊的范圍內(nèi)，因此屬性也兼具有二者的特征，呈現(xiàn)出波長短、頻率高、頻譜寬的特征，對(duì)于提升信道容量有著良好的支持作用，并且也能夠有效維持信道的穩(wěn)定特征。并且較窄的波束傳輸，也給傳輸過程提供了更為安全的保證，竊聽難度比較大，整體安全保證情況良好。但是毫米波本身在對(duì)障礙物的穿透能力方面極弱，因此如果想要依靠毫米波實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，必然需要大量增加基站數(shù)量才能實(shí)現(xiàn)，這會(huì)隨之帶來成本的提升，本身可行度極為有限。在這樣的情況下，提出微基站的概念，所謂微基站，是與大功率發(fā)射宏基站對(duì)比而產(chǎn)生的，其具有更小的體積，綜合成本也更低，在展開海量布置的時(shí)候成本壓力比較有限，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更廣的覆蓋面，并且形成更為穩(wěn)定的信號(hào)。

波束賦形是為了自適應(yīng)用戶應(yīng)用場景而自動(dòng)調(diào)整天線陣列的輻射方向的一種技術(shù)，這也成為5G與4G相比的巨大優(yōu)勢。對(duì)于4G環(huán)境而言，其基站信號(hào)保持了一種恒定的狀態(tài)，無論覆蓋區(qū)域內(nèi)需求量大小，其信號(hào)密度保持一個(gè)恒定值。這種情況造成了通信服務(wù)在供需層面上無法匹配，因此可能會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)，也有可能會(huì)出現(xiàn)擁堵。但是5G的波束賦形技術(shù)，能夠幫助電磁波與用戶群體之間實(shí)現(xiàn)配合，并且跟隨用戶移動(dòng)設(shè)備的位置變化而展開方向的調(diào)整，因此用戶可以得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，干擾和信號(hào)強(qiáng)弱問題得到徹底解決。

最后，D2D，即終端對(duì)終端的技術(shù)，在5G中同樣占據(jù)著不容忽視的位置。之前的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸需要通過基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這種工作模式固有的高延遲和低傳輸效率無法改變，也成為制約4G以及3G傳輸框架實(shí)現(xiàn)縱深發(fā)展的重要阻礙。但是在5G網(wǎng)絡(luò)之下，數(shù)據(jù)不需要再通過基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，基站只負(fù)責(zé)傳輸請(qǐng)求指令，而這一部分請(qǐng)求指令，在以往的通信環(huán)境中是與數(shù)據(jù)傳輸一視同仁而交由基站進(jìn)行處理的。因此5G背景下基站的工作負(fù)擔(dān)大大減輕，數(shù)據(jù)的延遲等問題也得到根本改善。

二、5G通信技術(shù)的應(yīng)用典范

5G通信技術(shù)相對(duì)于4G而言，在安全性和穩(wěn)定性，以及傳輸帶寬容量等方面都有了全面的提升，然而考慮到當(dāng)前具體的技術(shù)環(huán)境，4G的退出必然需要一個(gè)長期的過程?？v觀5G的應(yīng)用，雖然目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商用，但是落實(shí)在應(yīng)用領(lǐng)域，仍然應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注如下幾個(gè)方面：

1.智能終端領(lǐng)域

這一方面，包括智能終端以及智能傳感器等相關(guān)應(yīng)用，重點(diǎn)以物聯(lián)網(wǎng)前端作為主要應(yīng)用環(huán)境。對(duì)應(yīng)的智能終端以及智能傳感器會(huì)在工作中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)的傳輸需求會(huì)廣泛存在于一個(gè)空間之中，還會(huì)呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的移動(dòng)特征。在物聯(lián)網(wǎng)前端環(huán)境中，包括各類傳感器、射頻設(shè)備以及視頻監(jiān)控設(shè)備而產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，都需要通過無線網(wǎng)絡(luò)從智能傳感器傳輸?shù)街悄芙K端。這些數(shù)據(jù)不僅僅總量較大，從數(shù)據(jù)格式的角度看還呈現(xiàn)出多樣化的特征，并且很多數(shù)據(jù)都只會(huì)傳輸?shù)街悄芙K端進(jìn)行處理，不會(huì)進(jìn)一步向數(shù)據(jù)中心進(jìn)行傳輸。在這樣的背景下，物聯(lián)網(wǎng)前端無線傳輸?shù)姆€(wěn)定性，以及實(shí)時(shí)性等方面就必須得到保證。5G通信技術(shù)在該環(huán)境下的應(yīng)用重點(diǎn)，圍繞網(wǎng)絡(luò)的可靠性以及傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性而展開，能夠幫助生產(chǎn)工作的高效運(yùn)行，對(duì)于家用智能終端工作領(lǐng)域而言，同樣可以幫助提升整個(gè)控制工作的安全水平。

2.軌道交通環(huán)境的應(yīng)用

軌道交通一直是通信領(lǐng)域的一個(gè)特殊應(yīng)用環(huán)境，尤其是隧道軌道交通環(huán)境，更是得到相關(guān)部門的廣泛關(guān)注。由于軌道交通運(yùn)輸速度高，而軌道交通通信系統(tǒng)又承擔(dān)著軌道交通的調(diào)度職能，因此通信系統(tǒng)本身的順暢、穩(wěn)定和實(shí)時(shí)性特征，直接關(guān)系到軌道交通整體系統(tǒng)的安全水平。5G通信系統(tǒng)體系之下，端對(duì)端的延時(shí)可以得到有效控制，縮短至1ms范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的虛擬聯(lián)掛、編組運(yùn)行也都成為可能。

3.軍用通信領(lǐng)域

雖然處于和平年代，但是軍事技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到國家安全的方方面面，因此同樣不容忽視。在實(shí)際的戰(zhàn)爭環(huán)境中，參與戰(zhàn)爭的多個(gè)單元都需要通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)調(diào)和布控，才能達(dá)到有效高效作戰(zhàn)的目標(biāo)。5G通信技術(shù)作為一個(gè)技術(shù)簇，能夠綜合多項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共同作業(yè)，保證更快的數(shù)據(jù)傳輸速率以及更安全的傳輸過程。具體而言，首先，在軍用通信傳播應(yīng)用方面，主要涉及作戰(zhàn)過程中的圖像傳輸、語音傳輸及視頻傳輸?shù)?。既有?G?LTE系統(tǒng)可以支持2GHz的傳輸速率，但是可用頻譜帶寬僅為100MHz，相對(duì)而言比較窄，而換為5G毫米波通信后，頻譜帶寬可以上升到既有4G通信體系的10倍左右，時(shí)延也可以控制到毫秒數(shù)量級(jí)，為戰(zhàn)爭環(huán)境奠定了良好的實(shí)時(shí)通信根基。其次，軍用通信體系之下的數(shù)據(jù)傳輸安全，也能夠在5G系統(tǒng)的支持下得到進(jìn)一步的提升和保證。雖然相對(duì)有限的頻段資源，決定了軍用通信不可能完全與民用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隔離，對(duì)應(yīng)的干擾和安全影響仍然存在，但是相對(duì)于4G體系而言，其安全水平的提升仍然堪稱顯著。

三、結(jié)論

5G的實(shí)現(xiàn)，為更多通信環(huán)境需求的深入滿足提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也必然會(huì)成為推動(dòng)各行各業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量。實(shí)際工作中唯有把握5G技術(shù)特征，才能落實(shí)其應(yīng)用方向和重點(diǎn)，才能有效發(fā)揮其作用，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。

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