5G通信技術(shù)應(yīng)用場景及關(guān)鍵技術(shù)

彭文君，皮雅婧

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

相比于其他的通信技術(shù)，5G統(tǒng)通信技術(shù)更加注重用戶的體驗，為廣大用戶提供穩(wěn)定、快捷的通信服務(wù)[1]。為了能夠充分發(fā)揮5G通信在應(yīng)用方面的穩(wěn)定性與流暢性方面的優(yōu)勢，加強對多天線傳輸技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、超密網(wǎng)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的分析，有助于運營商深入地了解技術(shù)特點，進一步提高技術(shù)的使用效果，確保高效使用通信技術(shù)[2]。

1 5G通信技術(shù)特點

5G通信技術(shù)的特點主要表現(xiàn)在如下2個方面。第一，節(jié)能性。在其他通信技術(shù)的支持下，構(gòu)建了高效的信息組織網(wǎng)以及信息中心網(wǎng)，節(jié)約了建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)的成本，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的信息交互性得到了改善，節(jié)能效果良好，實用性得到進一步的提高，可以減少外部環(huán)境對通信的影響，保證優(yōu)質(zhì)的通信質(zhì)量。第二，拓展性。5G技術(shù)通過整合原有的通信技術(shù)，令5G通信技術(shù)可以為用戶提供多方位的用戶體驗，理論上5G的速度將達到5 Gb/s，甚至是10 Gb/s，大約是4G網(wǎng)絡(luò)的50倍到100倍，且網(wǎng)絡(luò)信號的強度也比較高，可以更好地滿足不同區(qū)域、不同用戶的不同通信需要[3]。此外，5G通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠在一定程度上減少建設(shè)與開發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)的成本，為用戶提供極致的通信體驗，提高運營商的盈利水平，具有較強的經(jīng)濟價值和社會價值。

2 5G通信技術(shù)應(yīng)用場景

2.1 增強移動寬帶

在數(shù)據(jù)的傳輸方面，5G通信技術(shù)存在無法比擬的優(yōu)勢，傳輸?shù)乃俣瓤梢赃_到3.6 Gb/s，能夠最大程度地滿足用戶對數(shù)據(jù)通信的高速需求，因此5G技術(shù)的應(yīng)用日漸普遍，服務(wù)的對象越來越多[4]。例如，5G通信技術(shù)的應(yīng)用促進了遠距離技術(shù)方案的可持續(xù)發(fā)展，有效控制其使用成本，提升了該項技術(shù)的實用性[5]。

2.2 低延時、高可靠連接

在以往的通信網(wǎng)絡(luò)體系中，不同種類的通信技術(shù)之間的兼容性較差，致使運營商的成本較高。5G通信技術(shù)有效改善了該問題，令網(wǎng)絡(luò)的兼容性大幅提高。不同種類的通信技術(shù)加入到5G網(wǎng)絡(luò)中十分便捷，可以保證各通信設(shè)備的平穩(wěn)、高速運轉(zhuǎn)，合理控制運營商的成本，提高運營的收益。主要的時延指標如下，在eMBB中，時延指標為4 ms；在uRLLC中，時延指標為0.5 ms；在eV2X中，時延為3～10 ms；在前傳時延中，時延指標為100 μs。由于5G通信技術(shù)具有延時小的特點，所以在電子醫(yī)療的領(lǐng)域以及汽車的無人駕駛領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用。

2.3 大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)

5G通信技術(shù)可支持數(shù)十億臺設(shè)備和數(shù)萬億條消息，可以對這些消息進行處理，并將其安全可靠地路由至其他設(shè)備。同時，5G通信技術(shù)在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用還可以保證數(shù)據(jù)和交互的安全，處理設(shè)備數(shù)據(jù)并對其執(zhí)行操作，支持應(yīng)用程序與即便是處于離線狀態(tài)的設(shè)備進行交互。在研發(fā)5G通信技術(shù)的環(huán)節(jié)中，為了確保技術(shù)的實用價值，運營商需要從經(jīng)濟層面加以考慮，合理地控制運營成本，以免因使用的成本過高，造成技術(shù)推廣的困難。在相關(guān)技術(shù)的作用下，電信運營商可以按照用戶使用需求，針對性地采取措施，改進用戶的業(yè)務(wù)，以為客戶提供更加全面的服務(wù)。

3 5G通信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多天線傳輸技術(shù)

該技術(shù)能夠十倍百倍地提高網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的容量，可以降低不同用戶之間的相互干擾，擴大無線網(wǎng)絡(luò)的信號覆蓋范圍，與3G的2×2MIMO以及4G的8×8MIMO天線相比，5G的基站建設(shè)需要使用更多的天線，數(shù)量將達到近百根，可以從時間領(lǐng)域、空間領(lǐng)域及頻率領(lǐng)域等多個維度提高能量的使用率以及對頻譜的利用效率。

3.2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

此種技術(shù)令同步收發(fā)網(wǎng)絡(luò)信號成為可能，大幅提高了接收數(shù)據(jù)與傳輸數(shù)據(jù)的能力，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)組成

大規(guī)模MIMO技術(shù)增大了頻譜的寬度，令通信系統(tǒng)內(nèi)部的信道容量不斷提高，進一步增強了信道容量的利用率，建立了具有高效、完整等特點的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。同時，該項技術(shù)的大規(guī)模使用，可以彌補傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜帶寬的不足，減少通信所需的成本，提高通信的質(zhì)量與穩(wěn)定性。近年來，天線單元技術(shù)不斷完善，大規(guī)模的MIMO技術(shù)也在天線方面做出了適當?shù)恼{(diào)整，利用天線單元技術(shù)，增強了大規(guī)模MIMO技術(shù)的天線接收數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)的效率，有效增強了通信能力，擴大了通信的覆蓋范圍，為后期建設(shè)基站以及設(shè)備的維護提供便利。此外，還可以在一定程度上減少建設(shè)與開發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)的成本，提高運營商的盈利水平。

3.3 超密集組網(wǎng)技術(shù)

該項技術(shù)的實現(xiàn)可以依靠增大基站的密度，特別是小型的通信基站的部署在一定程度上有效增大了頻率復(fù)用效率，建立了系統(tǒng)完善的通信體系。該項技術(shù)主要由兩大部分組成，一個是無線物理技術(shù)，另一個是虛擬層技術(shù)。前者主要包括多址技術(shù)、編碼技術(shù)及MAC技術(shù)等。這些技術(shù)的應(yīng)用，大幅提高了5G網(wǎng)絡(luò)的頻譜帶寬的利用率，同時還進一步增強了網(wǎng)絡(luò)熱點的信號強度，可以滿足用戶在不同場景中的通信需求，消除通信的盲點，擴大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，提高5G通信系統(tǒng)的容量，令5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出立體化的特點。虛擬層技術(shù)指的是利用單層的實體網(wǎng)絡(luò)，搭建多層的虛擬網(wǎng)絡(luò)。

虛擬網(wǎng)絡(luò)最主要的平臺是宏基站，負責對虛擬層做出指令控制，達到高效管理的目標。在虛擬層的支持下，技術(shù)工作者能夠?qū)崟r調(diào)控單載波及多載波，實現(xiàn)對5G網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)監(jiān)管。電信運營商可以按照業(yè)務(wù)的種類以及用戶的實際通信需求，靈活地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置，提高對網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，以免存在資源配置不均的問題，保證通信服務(wù)的優(yōu)質(zhì)、高效。

3.4 同時同頻雙全工技術(shù)

在通信網(wǎng)絡(luò)的運行環(huán)節(jié)中，環(huán)境因素是影響信息傳輸?shù)闹饕蛩?，為了減小外界環(huán)境對5G通信技術(shù)的不利影響，電信運營商可以選擇使用同時同頻雙全工技術(shù)，令通信網(wǎng)絡(luò)可以在接收同頻數(shù)據(jù)時，消除干擾信號發(fā)射機的信號，提高頻譜的運行效率。但需注意，目前此種技術(shù)的發(fā)展并不成熟，使用的范圍以及使用的效果比較小。在未來的研究中，運營商可以加大資源的投入力度，不斷優(yōu)化此項技術(shù)，提高該項技術(shù)的實用價值。技術(shù)工作者需要適當調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的框架，以進一步增強5G通信的集中性，為用戶提供更加全面、快捷、穩(wěn)定的通信服務(wù)，滿足不同用戶的不同使用需求，避免外部因素對通信行為的影響[6]。

4 結(jié) 論

5G通信技術(shù)將為人們的日常生活以及經(jīng)濟的發(fā)展起到巨大的促進作用，具有較大的市場應(yīng)用前景，可以滿足用戶的使用需求，提高通信穩(wěn)定性，為用戶提供極致的通信體驗。