淺談5G技術(shù)的特點與應(yīng)用

朱誠杰

摘 要：5G技術(shù)關(guān)乎大國之間的技術(shù)競爭，重要性不言而喻。移動通信技術(shù)不斷的更新?lián)Q代，速度大幅提升，容量普遍增加，給國民生活帶來了日新月異的變化。5G技術(shù)采用可傳輸高容量的高頻傳輸，所以需采用毫米波，在空間傳輸上具有劣勢，所以采用微基站的方式。相對前四代通信技術(shù)，5G移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更廣，網(wǎng)絡(luò)容量更大。5G技術(shù)在多個領(lǐng)域具有深遠的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：5G;發(fā)展;技術(shù)特點;應(yīng)用前景

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0009-02

0 引言

5G網(wǎng)絡(luò)成為騰訊、電信、高通等眾多互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)領(lǐng)袖們共同關(guān)心的話題。

2019年，美國以模糊的“有合理原因相信華為參與了有悖于美國國家安全和外交政策的活動”為借口，對中國企業(yè)華為技術(shù)有限公司實施制裁[1]。事實上，因為華為公司在5G技術(shù)領(lǐng)域處于全球領(lǐng)跑者地位，美國政府不愿意承認這一事實而采取打壓政策，妄圖依靠制裁打擊中國企業(yè)在5G技術(shù)領(lǐng)域的地位。這反映出5G技術(shù)的重要性。

本文對5G技術(shù)的發(fā)展進行了梳理，在第2部分簡略回顧移動通信技術(shù)的發(fā)展;在第3部分詳細分析5G技術(shù)的特點;在第4部分，探究5G技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景等。

1 移動通信技術(shù)回顧

第一代移動通信技術(shù)（1G）誕生于20世紀80年代，以模擬語音傳輸技術(shù)為核心，將低頻率的語音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻率上，并受到網(wǎng)絡(luò)容量的限制。此外，不同國家的通信系統(tǒng)是不兼容的。1G時期，手機昂貴，電話資費超高，一般家庭難以承擔，但實現(xiàn)了模擬語言通信，在技術(shù)上是巨大的飛躍。

第二代移動通信技術(shù)（2G）肇始于90年代中期，普及于21世紀初。2G以數(shù)字語音傳輸技術(shù)為核心。歐洲建立全球行動通訊系統(tǒng)（GSM），成為當時的主流。2G網(wǎng)絡(luò)不僅能夠?qū)艚屑用埽€能更有效地利用無線頻譜，并提供與撥號互聯(lián)網(wǎng)或早期DSL服務(wù)類似的數(shù)據(jù)傳輸。2G時期，手機可以開始瀏覽互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容，還可以收發(fā)短信。手機設(shè)備價格和通話資費的下降，使得這一時期的手機“飛入尋常百姓家”，幾乎每個家庭都有一部。日常溝通除了撥打電話外，還能使用便捷的短信。2G大大方便了人們的生活。

第三代移動通信技術(shù)（3G）普及于21世紀初，3G牌照在2009年被中國首次頒發(fā)。3G以同時傳送聲音和數(shù)據(jù)信息為核心。3G時期，實現(xiàn)了圖片等多媒體的傳播。

第四代移動通信技術(shù)（4G）緊接著3G而來，能夠快速傳輸大容量的數(shù)據(jù)和高質(zhì)量的音視頻等。4G大大方便了視頻等的傳播。日常生活中，人們可以使用4G和另一個城市通視頻電話，像面對面一樣交流;還可以流暢地使用智能手機或者平板電腦觀看視頻，幾乎沒有延遲。

2 5G技術(shù)特點

5G，全稱是第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術(shù)[2]。2019年6月6日，中國正式發(fā)放5G商用牌照，5G進入了快速商用的階段。

5G技術(shù)的主要特點是波長為毫米級、超寬帶、超高速度、超低延時[3]。信息的無線傳輸，本質(zhì)上是電磁波的傳輸。波長越長，電磁波投射能力越大;頻率越高，電磁波承載的信息量越大。但是電磁波遵循c=λ*f公式。其中c表示光速，為固定值3*108m/s，λ表示電磁波波長，f表示電磁波頻率。波長λ和頻率f成反比。所以長波長和高頻率不可兼得。

為了承載更多的信息量，5G比4G電磁波有著更高的頻率，故5G的波長λ較短，主要為毫米級別。在電磁波的傳輸中，頻率越高，就越趨近于直線傳播，傳播過程中的衰減也越大。覆蓋能力大幅減弱[4]。所以5G技術(shù)采用的毫米波繞射和穿墻能力差、衰減大、不便于傳播。為了解決這個問題，5G網(wǎng)絡(luò)要在密度極高的城市環(huán)境中實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)模型，必須要布局足夠多的5G微基站。并且，微基站相對于宏基站來說，輻射功率小。5G時代，能讓各種網(wǎng)絡(luò)路線轉(zhuǎn)化成無線，在空間上除去各種布線的麻煩。由于帶寬和速度有巨大優(yōu)勢，從理論上來說5G還能在較小的區(qū)域中為大量設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)連接，因此在大型演唱會等人群密集的場合，各種無線設(shè)備依然可以良好地連接信號。

5G對移動網(wǎng)絡(luò)的增強主要體現(xiàn)在兩個方面，其一是覆蓋范圍更廣，其二是提升網(wǎng)絡(luò)容量的提升。覆蓋范圍廣意味著微基站可以布滿各個地方，在電梯等傳統(tǒng)意義上的收不到信號的地方也能正常使用5G。網(wǎng)絡(luò)容量的提升意味著移動網(wǎng)絡(luò)的帶寬提高，能夠支持更多設(shè)備同時使用大量數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)速度更快。通過增加基站端的天線，可以平均掉衰落、噪聲、小區(qū)內(nèi)干擾等[4]。

3 5G技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

前4代的通信技術(shù)主要應(yīng)用在手機設(shè)備上。但是支持5G的，在未來不僅僅是手機，還能是其他各種智能設(shè)備。國際電聯(lián)將5G應(yīng)用場景劃分為移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)兩大類。除了支持移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，還可以解決機器海量無線通信需求，極大促進車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的發(fā)展[5]。目前，各個國家和地區(qū)均在大力支持5G技術(shù)的布局，5G技術(shù)在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

3.1 車聯(lián)網(wǎng)

5G技術(shù)低功耗和超低延遲的特點，引領(lǐng)了車聯(lián)網(wǎng)革命。當前的自動駕駛技術(shù)，車輛是作為單一的節(jié)點。其在沒有和周圍車輛交換信息的情況下，感知周圍路況、做出超車或者減速的判斷。所以這種判斷并不可靠。比如，當在高速中行駛的車輛感知到前車以固定的較慢速度行駛時，會做出超車的行為。但是，如果前車突然意外加速，則有可能造成兩車的碰撞。如果是應(yīng)用基于5G的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，那么每一輛車均作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，對外輸出自己的坐標和速度等信息。當靠近的車輛行駛時，自動駕駛技術(shù)可以探知到周圍車輛的信息，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將調(diào)整各個車輛的速度至最優(yōu)。這種車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，甚至車輛不必將信息上傳至同一個中心的服務(wù)器，相鄰的車輛間僅需要在車輛的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上采用分布式計算就可以。這可以達到超低延遲和低功耗的效果。

所以，5G技術(shù)的普及，將大大改變交通領(lǐng)域的現(xiàn)狀，在自動駕駛的基礎(chǔ)上更進一步，發(fā)展成“智慧駕駛”。

3.2 VR

VR全稱是Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實技術(shù)。當用戶使用頭戴式VR設(shè)備時，可以好像置身于虛擬的環(huán)境之中，無論進退還是轉(zhuǎn)向，均在眼前呈現(xiàn)類似現(xiàn)實的畫面。所以，VR給人帶來了立體感，沉浸感，新穎性和交互性等。但是，可操作的VR仍不是很完美，當前的網(wǎng)絡(luò)傳輸限制了VR更多的發(fā)展可能性。當VR虛擬的畫面豐富，和人交互頻繁時，會產(chǎn)生延遲和卡頓現(xiàn)象，非常影響人的主觀感受。

采用5G技術(shù)的VR設(shè)備，其打開、切換、緩沖、連接可以更加流暢，實現(xiàn)新一代的富有沉浸感的娛樂。VR游戲、直播、影視均可以不借助硬件操作，可以依賴于身體的動作，達到身臨其境的逼真效果。

3.3 無人機

無人機有多種類型，比如軍事領(lǐng)域的偵察無人機，民用領(lǐng)域的攝影無人機等。

當下，應(yīng)用在民用領(lǐng)域的攝影無人機，采用wifi技術(shù)。無人機的飛行端和遙控端不能相距太遠，一般僅能飛行2000米以內(nèi)的范圍。如果采用5G技術(shù)作為信號傳輸，則飛行距離就不再是限制了。不僅飛行端可以飛得遠一些，而且拍攝的圖像和視頻可以通過5G實時高清的傳輸。

另一方面，5G技術(shù)有可能使無人機走出當下的安全困境。很多城市為了安全設(shè)有禁飛區(qū)，但是仍經(jīng)常發(fā)生“黑飛”現(xiàn)象。通過5G蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)將無人機聯(lián)接起來，另一端連著云計算或者人工智能平臺，甚至在技術(shù)上可以開發(fā)最高權(quán)限給監(jiān)管部門，使得無人機的飛行在可控區(qū)域，拍照攝影在法律允許的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

當下，5G技術(shù)正在發(fā)展之中。從移動通信技術(shù)的發(fā)展回顧和5G技術(shù)特點中，可以明顯地得出5G技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景的結(jié)論。5G的發(fā)展，將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動經(jīng)濟的增長。通信企業(yè)研發(fā)5G技術(shù)的布局，會帶微基站的建設(shè)。應(yīng)用領(lǐng)域的企業(yè)在研制開發(fā)各種各樣的基于5G傳輸?shù)闹悄茉O(shè)備，如自動智能駕駛、VR、無人等非常先進的技術(shù)即將面世，將大大改善人們的生活。

總之，5G時代，雖然帶來最直觀的改變是網(wǎng)絡(luò)速度的提升，但是其影響遠遠不止速度這么簡單。5G引發(fā)的智能設(shè)備的變革，會完全改變?nèi)藗兊纳盍晳T和娛樂方式。

參考文獻

[1] 劉文吉.5G毫米波無線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究[J].通訊世界，2018（04）：107-108.

[2] 譚繼華.無線接入回傳一體化技術(shù)研究[D].電子科技大學，2018.

[3] 徐顯達，張?zhí)m，廖其彬，等.5G移動通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[J].中國新通信，2019，21（03）：121.

[4] 劉朕銘.淺談5G與通信工程[J].中國新通信，2019，21（01）：135.

[5] 李勇.項目管理在5G移動通信技術(shù)工程建設(shè)的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2019（07）：186.