5G業(yè)務(wù)及關(guān)鍵技術(shù)探討

摘要：對(duì)用戶需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上探討了5G業(yè)務(wù)與關(guān)鍵技術(shù)，業(yè)務(wù)有增強(qiáng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、低時(shí)延高可靠性業(yè)務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，關(guān)鍵技術(shù)有新型多址技術(shù)、大規(guī)模多輸入多輸出、同時(shí)同頻全雙工、UDN及D2D 技術(shù)。

關(guān)鍵詞：5G;業(yè)務(wù);通信;技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN929.5??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????? 文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

近年來(lái)智能手機(jī)的使用得到普及，帶來(lái)OTT業(yè)務(wù)繁榮，以及智能終端的創(chuàng)新，用戶希望得到更大的使用體驗(yàn)，各種行業(yè)與移動(dòng)通信進(jìn)行融合，尤其是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，產(chǎn)生了各種新型移動(dòng)業(yè)務(wù)，各種新型業(yè)務(wù)應(yīng)用到不同場(chǎng)合產(chǎn)生具體的應(yīng)用場(chǎng)景，4G網(wǎng)絡(luò)在處理這些業(yè)務(wù)需求時(shí)，越來(lái)越力不從心，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能完全滿足用戶的需求，通過(guò)分析現(xiàn)今用戶的業(yè)務(wù)需求，研究 5G 通信技術(shù)及進(jìn)行5G商用來(lái)滿足各種新型業(yè)務(wù)需求成為必然選擇。

15G通信應(yīng)用業(yè)務(wù)

1.1增強(qiáng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

在4G技術(shù)條件下的各種通信應(yīng)用如多媒體、交通運(yùn)輸、在線教育、云存儲(chǔ)等，因?yàn)閹捄蜁r(shí)延的限制而不能得到用戶的認(rèn)可，5G有著更大的帶寬更短的時(shí)延，對(duì)現(xiàn)有4G業(yè)務(wù)得到增強(qiáng)。5G 技術(shù)從環(huán)境使用上是可以應(yīng)用到居家、辦公室、廣場(chǎng)、車站、機(jī)場(chǎng)、會(huì)議大廳、商場(chǎng)等室內(nèi)室外場(chǎng)景，用戶的體驗(yàn)到如光纖相似的速率、猶如本地操作的體驗(yàn)、隨時(shí)隨地的接入。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布置時(shí)需要支持增長(zhǎng)巨大的業(yè)務(wù)量，根據(jù)應(yīng)用的范圍劃分不同小區(qū)，且不同小區(qū)頻率、天線參數(shù)都需進(jìn)行差異規(guī)劃。在滿足覆蓋和容量的基礎(chǔ)上，5G通信對(duì)現(xiàn)有4G業(yè)務(wù)，各種OTT業(yè)務(wù)，各種創(chuàng)新體驗(yàn)都得到大大增強(qiáng)。5G 技術(shù)的應(yīng)用業(yè)務(wù)通常表現(xiàn)為高接入速率，低時(shí)延與無(wú)縫連接。其中最基本的是增強(qiáng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，這種業(yè)務(wù)中典型的就是eMMB 型應(yīng)用，比較有代表性的就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR） 技術(shù)。在技術(shù)需求上優(yōu)先要滿足寬帶的巨大要求，用戶希望獲得光纖似的接入速率，相應(yīng)的視頻分辨率要達(dá)到人眼的分辨率?，F(xiàn)在移動(dòng)高清視頻業(yè)務(wù)也成為人們的基本需求，同樣的業(yè)務(wù)指標(biāo)上也是超高速、端到端的通信速率^[1]。

1.2低時(shí)延高可靠性業(yè)務(wù)

雖然5G 通信能應(yīng)用的業(yè)務(wù)與場(chǎng)景很多，但在體現(xiàn)5G重要優(yōu)點(diǎn)的業(yè)務(wù)中uRLLC 型應(yīng)用是所有業(yè)務(wù)應(yīng)用中最得到充分展現(xiàn)的。對(duì)于低時(shí)延高可靠性業(yè)務(wù)來(lái)講，針對(duì)5G的低時(shí)延與高可靠性的巨大優(yōu)勢(shì)，可以在工業(yè)制造、無(wú)人駕駛、電子醫(yī)療等遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制類應(yīng)用中得到體現(xiàn)。相對(duì)于4G通信5G 通信最大的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩點(diǎn)上，第一是通信的高傳輸能力，高數(shù)據(jù)容量，高速率。第二是通信的高可靠性，非常短的傳輸時(shí)間，快速信道分配等特點(diǎn)帶來(lái)通信的高可靠性。下載速度將達(dá)到4G 的幾十上百倍，且下載過(guò)程中有著高連續(xù)性，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，5G 能夠?qū)崿F(xiàn)即時(shí)性、高可靠性、高效性，在4G通信不能滿足的關(guān)于時(shí)延、可靠等業(yè)務(wù)可期待5G通信得到解決。

1.3物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

5G需要考慮IoT業(yè)務(wù)，如工業(yè)控制、汽車通信、智能家居、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等，此類業(yè)務(wù)帶來(lái)海量的數(shù)據(jù)連接，在這海量數(shù)據(jù)連接上，各終端數(shù)據(jù)的支持能力對(duì)各個(gè)機(jī)器終端有著相應(yīng)的技術(shù)要求，大量的設(shè)備，小的數(shù)據(jù)量，機(jī)器終端成本要低于手機(jī)終端，功率要非常低，電池使用時(shí)間較長(zhǎng)以確保設(shè)備正常進(jìn)行通信，是物聯(lián)網(wǎng)中各機(jī)器設(shè)備終端的基本要求，此外物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍要非常廣，包括各種場(chǎng)合，適應(yīng)各種溫度、濕度等環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中的mMTC型應(yīng)用代表性的就是智慧城市，智慧城市可以充分體現(xiàn)海量機(jī)器設(shè)備的數(shù)據(jù)通信需求。從數(shù)據(jù)連接角度上講，5G其它業(yè)務(wù)一般都沒(méi)有海量數(shù)據(jù)連接，而mMTC型應(yīng)用有海量數(shù)據(jù)連接，它覆蓋用戶消費(fèi)層面，也覆蓋生產(chǎn)層面，生產(chǎn)和消費(fèi)都可以與互聯(lián)網(wǎng)融合，且能夠與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行市場(chǎng)融合，最終實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，能將城市建設(shè)成智慧的綜合體，形成智慧政務(wù)綜合管理平臺(tái)，智慧城市的建設(shè)能體現(xiàn)到人需求的各個(gè)方面。

25G空口關(guān)鍵技術(shù)

2.1新型多址技術(shù)

多址接入技術(shù)是無(wú)線接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，基站系統(tǒng)通過(guò)多址技術(shù)進(jìn)行區(qū)分不同終端且服務(wù)于多個(gè)終端，4G通信采用的OFDMA是正交頻分多址，對(duì)頻率進(jìn)行正交劃分用于不種用戶，與正交資源成正比，接入時(shí)延與容量明顯受限于資源，5G的業(yè)務(wù)有著海量連接、低時(shí)延、大容量等需求，原有的多址接入技術(shù)無(wú)法滿足要求，需要新的多址技術(shù)。目前主要新型多址接入技術(shù)有：圖樣分割多址（PDMA），多用戶共享接入（MUSA），稀疏碼分多址（SCMA），非正交多址（NOMA），這些新型多址技術(shù)，能大大降低信令開(kāi)銷，縮短接入時(shí)延。根據(jù)業(yè)務(wù)需求不同，5G技術(shù)應(yīng)結(jié)合接收機(jī)的處理能力選取適當(dāng)?shù)亩嘀芳夹g(shù)。

2.2大規(guī)模多輸入多輸出

提升網(wǎng)絡(luò)容量的方法主要有頻譜效率的提高、網(wǎng)絡(luò)部署密度的增大和帶寬增加等，其中多天線傳輸技術(shù)吸引了很多關(guān)注，由多天線傳輸技術(shù)發(fā)展的大規(guī)模多輸入多輸出能充分利用空間資源，大大提高頻譜效率。4G時(shí)代的多天線傳輸技術(shù)比較慢，5G在源天線上做出一定改變，在基站側(cè)安裝幾百根天線，實(shí)現(xiàn)大量天線同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，利用空間復(fù)用技術(shù)，在同樣的頻譜資源下服務(wù)更多用戶，大大提高網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。

2.3同時(shí)同頻全雙工技術(shù)

頻譜資源始終是制約移動(dòng)通信發(fā)展的一個(gè)瓶頸，4G通信采用的是時(shí)分雙工和頻分雙工，從而避免收發(fā)信號(hào)在頻域和時(shí)域上的相互干擾，但相應(yīng)的頻譜資源的利用率將打折扣，想要充分利用無(wú)線資源，增加系統(tǒng)容量及減少時(shí)延，5G 通信利用自干擾消除技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻雙全工，在同頻率上同時(shí)進(jìn)行收發(fā)信號(hào)，簡(jiǎn)單進(jìn)行計(jì)算可以認(rèn)為頻譜效率增加一倍，對(duì)于該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于自干擾的消除，而關(guān)鍵點(diǎn)就是在接收信號(hào)時(shí)如何能有效消除發(fā)射機(jī)的干擾信號(hào)。

35G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

3.1UDN

5G通信的主要業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，相信未來(lái)5G的數(shù)據(jù)流量將呈幾何位數(shù)增長(zhǎng)，但從新型無(wú)線接入技術(shù)帶來(lái)的頻譜資源利用率的提高也不足以滿足大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，在5G部署上，采用縮小無(wú)線小區(qū)的覆蓋半徑，采用超密集網(wǎng)絡(luò)部署的方法，能大幅提高系統(tǒng)的容量且能靈活布置。超密集網(wǎng)絡(luò)部署使得網(wǎng)絡(luò)多層立體異構(gòu)化，支持全頻段接入，進(jìn)行高低頻混合網(wǎng)絡(luò)組建，是一種宏微站點(diǎn)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，宏基站用低頻進(jìn)行信號(hào)覆蓋，微基站進(jìn)行高頻熱點(diǎn)覆蓋，5G通過(guò)超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使得終端就近方便接入網(wǎng)絡(luò)，提高頻譜效率增大系統(tǒng)容量^[2]。

3.2D2D

傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)以基站為中心，基站作為無(wú)線接入點(diǎn)其位置相對(duì)固定不變，5G在接入時(shí)轉(zhuǎn)為以用戶為中心，4G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)海量用戶的業(yè)務(wù)需求不能得到滿意解決，D2D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)需基站終端設(shè)備間直接進(jìn)行通信的近距離傳輸技術(shù)。D2D技術(shù)在小區(qū)網(wǎng)絡(luò)控制下，小區(qū)與用戶進(jìn)行資源共享，大大提高頻譜效率，D2D將控制面與數(shù)據(jù)面分離，控制面使用原有架構(gòu)，數(shù)據(jù)面直接在終端間進(jìn)行傳輸，不用通過(guò)基站，從而增加移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜效率并降低終端功率。D2D技術(shù)的難點(diǎn)是切換問(wèn)題與小區(qū)干擾，在研究解決相關(guān)問(wèn)題后，D2D可以得到更好的利用。

4結(jié)語(yǔ)

5G之前的通信主要為了解決“人與人之間的互通”，那么5G就是為了解決“人與人，人與物，物與物”，社會(huì)的發(fā)展需求，各種相應(yīng)的技術(shù)手段，推動(dòng) 5G 技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)應(yīng)用，廣大科研人員在對(duì) 5G業(yè)務(wù)應(yīng)用上對(duì)5G技術(shù)做了深入研究，從而確定 5G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，讓 5G 滲透到我們生活的各個(gè)方面，從而影響我們的政治、經(jīng)濟(jì)、文化，產(chǎn)生劃時(shí)代的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁聰.5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國(guó)新通信，2019，21（14）：121-122.

[2] 莊良.5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（12）：20.

收稿日期：2020-03-04

作者簡(jiǎn)介：李志敏（1979—），男，江西新余人，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)。

5G Business and Key Technology

LI Zhi-min

（Jiujiang Vocational and Technical College，Jiujiang? Jiangxi 332007）

Abstract： Based on the analysis of users' requirements， this paper discusses 5G services and key technologies， including enhanced mobile Internet services， low delay and high reliability services， Internet of things services， new multiple access technologies， large-scale multiple input and multiple output， simultaneous full duplex， UDN and D2D technologies.

Key words： 5G; business; communication; technology