基于5G通信的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

孫秀蓉

【摘要】伴隨人們對通信網(wǎng)絡(luò)更高的需求，我國的通信技術(shù)也在加快步伐不斷發(fā)展，跟隨全球通信技術(shù)發(fā)展的節(jié)奏，我國于2019年底正式將5G通信技術(shù)投入市場，通過5G網(wǎng)絡(luò)人們的網(wǎng)絡(luò)體驗更上一個層次。本文將對5G通信的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用場景進行討論，以期未來有更好的發(fā)展成效。

【關(guān)鍵詞】5G通信技術(shù);關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用場景

中圖分類號：TN92 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1673-0348（2020）010-004-03

[Abstract] with people's higher demand for communication network， China's communication technology is also speeding up the pace of continuous development. Following the pace of global communication technology development， China officially put 5g communication technology into the market at the end of 2019， and people's network experience through 5g network goes to a higher level. This paper will discuss the key technologies and application scenarios of 5g communication， in order to have better development results in the future.

[Key words] 5g communication technology; key technology; application scenario

隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笤絹碓礁?，用戶?shù)量也大量增加，需要有更加強大的通信網(wǎng)絡(luò)來滿足這些需求，5G通信技術(shù)的誕生也就應(yīng)運而生。當(dāng)前4G通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本普及，但對更高的數(shù)據(jù)速率、更大的系統(tǒng)容量以及更低的成本的追求并沒有停止，在學(xué)術(shù)界和市場的探討與期盼下，5G通信技術(shù)已經(jīng)投入市場，雖然還處在發(fā)展中，但已經(jīng)明顯的改善了4G通信網(wǎng)絡(luò)的不足，5G通信技術(shù)最主要的優(yōu)勢在于其數(shù)據(jù)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)延遲，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)到10Gbit/s，比4G的傳輸速率快100倍，甚至高于當(dāng)前的有線網(wǎng)絡(luò)。另外5G網(wǎng)絡(luò)有更快的響應(yīng)時間，也就是網(wǎng)絡(luò)延遲很短，在1ms左右，而4G的延遲有幾十毫秒。5G網(wǎng)絡(luò)之所以有如此強勁的表現(xiàn)，預(yù)期采用的關(guān)鍵技術(shù)密不可分，下面將探討其關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用情況。

1. 5G通信的關(guān)鍵技術(shù)

5G技術(shù)創(chuàng)新主要包括無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面。在無線技術(shù)方面，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址和全頻譜接入等技術(shù)已成為業(yè)界關(guān)注的焦點;在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已取得廣泛共識。其總體框架如圖1。

1.1 多天線傳輸技術(shù)

多天線技術(shù)從3G時代開始發(fā)揮作用，其可以減少多用戶之間的干擾，能夠有效的對抗多徑衰落，結(jié)合MIMO技術(shù)在4G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮了巨大作用，大大增加了傳輸速率和可靠性。為了進一步提高頻譜利用率，在5G技術(shù)中必須繼續(xù)發(fā)揮大規(guī)模多天線技術(shù)的特點，通過對源天線列陣的不斷完善，利用3D-MIMO技術(shù)進一步擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高頻譜利用率。

1.2 智能化技術(shù)

隨著科技水平的不斷發(fā)展，當(dāng)前智能化電子產(chǎn)品種類繁多、功能全面，各種智能手機、家電、監(jiān)控攝像頭等等，都已經(jīng)進入到了我們的日常生活中，并且和我們的工作、學(xué)習(xí)和生活密不可分，可以說現(xiàn)代人的生活離不開這些智能產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的智能性很大程度上是由于我們能夠通過網(wǎng)絡(luò)方便的實現(xiàn)對它們的控制。比方說我們可以通過手機上的應(yīng)用軟件來監(jiān)控到家中所安裝的攝像頭或者煙霧報警器等等，隨時隨地掌握家中的安全狀況，能夠及時處置一些危險狀況。那么兩個終端之間的信息互通，需要高速、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)支撐，將5G技術(shù)融入到各種智能產(chǎn)品中，能夠最大程度的發(fā)揮產(chǎn)品的功能，將各種設(shè)備互通互聯(lián)到一起，實現(xiàn)智能化管控，離不開5G技術(shù)的支持。

1.3 同時同頻全雙工技術(shù)

同時同頻全雙工技術(shù)是指發(fā)送端和接收端采用相同的頻率同時進行信息的傳輸，突破了傳統(tǒng)的頻分雙工和時分雙工模式，為了避免發(fā)射機信號對接收機信號的干擾，同時同頻全雙工技術(shù)利用干擾消除的方法，減少信號在頻域或時域上的干擾，起到了提高頻譜效率的效果。這種技術(shù)比起傳統(tǒng)的雙工模式相比，使無線資源的使用效率提升近一倍，是5G通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，雖然這種技術(shù)目前在實際應(yīng)用中還不是非常完善，但隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，會進一步增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.4 新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架技術(shù)

通信技術(shù)的不斷發(fā)展是為了適應(yīng)對日益增多的綜合業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨?，業(yè)務(wù)種類繁多，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及硬件要求都會隨之提高，但是另一方面，也要控制通信業(yè)務(wù)的成本，也就是說既要提高通信效率也要有效的控制成本，上層的運營成本得到控制，下層用戶的使用成本也會降低，這樣才能有利于通信技術(shù)的推廣，才能惠及大眾。為了實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，也可以在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上采用新型的技術(shù)，比如采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)就是一種實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的方式，在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，一旦業(yè)務(wù)需求發(fā)生變化，就要相應(yīng)的修改網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，而這個過程是極其繁瑣的。但是利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將路由器的控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能分離，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和敏捷度。在這個過程中還有一項重要技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化，它是基于大型共享的服務(wù)器，利用軟件定義的方式，對網(wǎng)絡(luò)實體進行虛擬化運行。利用虛擬化技術(shù)可以方便的整合和操作復(fù)雜的硬件設(shè)備，根據(jù)業(yè)務(wù)需要對其進行并行處理或者合理釋放資源，這樣整個網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成本可以降低的同時又提高了網(wǎng)絡(luò)功能的靈活性，是5G通信邁向更高臺階的關(guān)鍵技術(shù)。

2. 5G通信的應(yīng)用場景

2.1 宏覆蓋增強應(yīng)用場景

宏小區(qū)的面積比較大，它的覆蓋半徑都在若干千米范圍，所以不同用戶到基站之間的路損差別也比較大，信噪比的差別相應(yīng)也比較大。通常在宏站上可以布置較多的天線，可以使用大規(guī)模天線技術(shù)、非正交傳輸技術(shù)和新型調(diào)制編碼技術(shù)，這幾種技術(shù)可以同時存在，產(chǎn)生的總增益是各個的疊加，其效果要優(yōu)于使用單個技術(shù)的情況。

2.2 超密集部署

在密集住宅區(qū)、密集商業(yè)區(qū)、交通樞紐、大型活動場館等等地方，都是超密集部署的應(yīng)用場景。這些場景中，用戶的體驗速率要達(dá)到1G以上，為了讓用戶有更加高速可靠的業(yè)務(wù)體驗，可以采用基站的超密集組網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)應(yīng)用范圍可分為三種類型的小區(qū)：宏小區(qū)、微小區(qū)和毫微小區(qū)，這些小區(qū)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以呈現(xiàn)出較強的多樣性和異構(gòu)性，這些小區(qū)的天線高度和增益，以及信號的發(fā)射功率都不相同，雖然會產(chǎn)生系統(tǒng)干擾、移動信令負(fù)荷加劇、系統(tǒng)成本與能耗上升等問題，但可以采用多連接技術(shù)和無線回傳技術(shù)改善這些問題，滿足熱點高容量下的通信需求。

2.3 低時延和高可靠場景

低時延和高可靠主要是在一些特殊場景的要求，比方說在精密機械制造時，不同機器在協(xié)同工作中所需的交互信息，即使時延在毫秒級也會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。或者在智能交通系統(tǒng)中，要求時延也不能超過毫秒級，并且信息的可靠性一定要高，否則將會造成嚴(yán)重的交通事故，危及到人們的生命和財產(chǎn)安全。現(xiàn)在很多汽車制造商都在進行無人駕駛的研究，那么當(dāng)汽車在高速行進時，對信息及時準(zhǔn)確的采集和反應(yīng)就會至關(guān)重要，這些都離不開對通信網(wǎng)絡(luò)低時延和高可靠的要求。

2.4 機器間通信應(yīng)用場景

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是非常迅速的，人們對物物相連的需求也在日益增強，不同的終端都要通過通信網(wǎng)絡(luò)進行信息交互，那么網(wǎng)絡(luò)與大量不同終端之間的適配就是一個關(guān)鍵問題，不論是對終端還是對網(wǎng)絡(luò)都提出了更高要求。在此場景下可以采用非正交傳輸技術(shù)支持同一時間許多終端同時使用無線資源;帶傳輸技術(shù)可以降低成本同時擴大覆蓋范圍，減少信道信令的開銷。

3. 結(jié)束語

無線通信已經(jīng)成為當(dāng)今社會信息傳輸?shù)闹饕夹g(shù)，5G的發(fā)展和應(yīng)用也是大勢所趨，通過對5G通信的關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用場景進行討論，有助于加深我們對5G通信的了解，體會通信技術(shù)的發(fā)展對社會發(fā)展起的關(guān)鍵性作用，隨著5G通信技術(shù)的不斷完善，必將推動人們信息交互方式的變革，從而促進信息社會更長足的進步與發(fā)展。在當(dāng)前的信息社會，只有保障信息傳輸?shù)母咝院涂煽啃裕拍鼙Ｕ掀渌鐣聵I(yè)的順利進行，沒有強大的信息通信基礎(chǔ)，必將會制約社會各個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所以關(guān)注與致力于通信技術(shù)的發(fā)展，與我們的生活息息相關(guān)，與社會的發(fā)展密不可分。

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