5G無線通信技術(shù)概念及相關(guān)應(yīng)用探討

郭向梁 中國(guó)信息通信研究院

前言

受“互聯(lián)網(wǎng)+”國(guó)家戰(zhàn)略影響，電信基礎(chǔ)設(shè)施和信息服務(wù)的受關(guān)注程度不斷提升，基于5G無線通信技術(shù)的跨界創(chuàng)新也成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。為充分發(fā)揮5G無線通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，正是本文圍繞5G無線通信技術(shù)概念及相關(guān)應(yīng)用開展具體研究的原因所在。

1 5G無線通信技術(shù)概念

1.1 基本概念

5G無線通信技術(shù)也被稱作第五代移動(dòng)通信技術(shù)，屬于最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，降低成本、節(jié)省能源、減少延遲、高數(shù)據(jù)速率、大規(guī)模設(shè)備連接、提高系統(tǒng)容量屬于5G無線通信技術(shù)的性能目標(biāo)。5G無線通信技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)加密技術(shù)、納米技術(shù)等，因此其在私密性方面的表現(xiàn)較為優(yōu)秀，且能夠更加方便、靈活的適用于無線網(wǎng)絡(luò)。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，通過應(yīng)用5G無線通信技術(shù)，即可借助新的IP地址建立數(shù)據(jù)傳輸基站，分段信息傳輸及移動(dòng)終端匯總可由此實(shí)現(xiàn)，通信速度提升和信號(hào)傳輸安全性保障可由此同時(shí)實(shí)現(xiàn)。5G無線通信技術(shù)主要由城域網(wǎng)、核心網(wǎng)、接入網(wǎng)組成，而通過三個(gè)層面的配合，5G無線通信技術(shù)的安全性和數(shù)據(jù)傳輸效率均可得到較好保障。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)組成

5G無線通信技術(shù)涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括高頻傳輸通信技術(shù)、新型多天線傳輸技術(shù)、超密集組網(wǎng)技術(shù)。高頻傳輸通信技術(shù)能夠基于更高的頻段滿足5G無線通信技術(shù)應(yīng)用需要，短距離傳輸及傳輸速度提升也能夠順利實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)一般采用直徑傳輸方式降低高頻傳輸通信技術(shù)存在的較大能量損耗；新型多天線傳輸技術(shù)可有效提升頻譜資源利用效率，高效高質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸可由此基于更少的頻譜資源實(shí)現(xiàn)。5G無線通信技術(shù)需針對(duì)性建設(shè)巨大的傳輸矩陣，而配合新型多天線傳輸技術(shù)，有效合理的頻譜資源分配及“一對(duì)多”式服務(wù)可順利實(shí)現(xiàn)；超密集組網(wǎng)技術(shù)可保證5G無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋程度大幅提升，網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量也能夠隨之提升，5G無線通信技術(shù)的靈活網(wǎng)絡(luò)部署和全范圍覆蓋也能夠由此實(shí)現(xiàn)，提升移動(dòng)終端性能、消除信號(hào)干擾屬于超密集組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

1.3 應(yīng)用趨勢(shì)分析

2019年11 月1 日，我國(guó)5G無線通信技術(shù)正式商用，5G無線通信技術(shù)的受關(guān)注程度由此上升至頂峰。結(jié)合5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀可以了解到，該技術(shù)的應(yīng)用需在擴(kuò)展通訊容量、調(diào)整頻譜頻率、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面開展深層次的研究與挖掘，并結(jié)合各類先進(jìn)通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于我國(guó)各領(lǐng)域，以此提升應(yīng)用范圍和效果，推進(jìn)社會(huì)各領(lǐng)域的發(fā)展。

2 5G無線通信技術(shù)的具體應(yīng)用探討

2.1 在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

5G無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域具備較高應(yīng)用價(jià)值，相較于4G技術(shù)所能夠?qū)崿F(xiàn)的150Mb/s最大傳輸速度，5G無線通信技術(shù)可實(shí)現(xiàn)15Gb/s的最大傳輸速度，且能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)100ms以下的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，智能電網(wǎng)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)要求可由此更好得到滿足。在智能電網(wǎng)的5G無線通信技術(shù)應(yīng)用中，新型多天線傳輸技術(shù)、D2D技術(shù)、C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)均需要充分發(fā)揮自身作用。新型多天線傳輸技術(shù)可服務(wù)于智能電網(wǎng)無線信號(hào)覆蓋能力改進(jìn)，并能夠通過3D天線陣列取代原有的2D天線陣列，由此利用3D-MIMO技術(shù)，用戶間干擾可有效避免；D2D技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)直接的通信終端通信，信道質(zhì)量也能夠由此大幅提升，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)覆蓋能力提高、通信時(shí)延降低、速率提升。D2D技術(shù)還能夠?yàn)槎鄻踊倪B接方式與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)提供支持，智能電網(wǎng)通信可靠性自然可進(jìn)一步提升；C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)可基于RRU接口定義、集中控制，有效減少智能電網(wǎng)的運(yùn)行成本，智能電網(wǎng)維護(hù)管理的便利性也能夠大幅提升；網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用主要圍繞智能電網(wǎng)的智能抄表切片、通信切片、監(jiān)測(cè)切片、控制切片展開，配合針對(duì)性制定的應(yīng)用方案，5G網(wǎng)絡(luò)功能模塊化可順利實(shí)現(xiàn)，智能電網(wǎng)減少也能夠獲得更為充足的動(dòng)力。為保證5G無線通信技術(shù)更好服務(wù)于智能電網(wǎng)減少，基于5G無線通信技術(shù)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制、智能自動(dòng)化配電、分布式電源控制、低壓用電信息采集同樣需要得到重視。

2.2 在移動(dòng)圖書館中的應(yīng)用

5G無線通信技術(shù)也可以應(yīng)用于移動(dòng)圖書館，這里的移動(dòng)圖書館指的是基于智能手機(jī)的圖書館移動(dòng)服務(wù)?，F(xiàn)階段的移動(dòng)圖書館早已普遍應(yīng)用4G技術(shù)，但4G技術(shù)的應(yīng)用存在運(yùn)行速度相對(duì)遲緩、數(shù)據(jù)傳輸速度較慢、無法實(shí)現(xiàn)全面的信號(hào)覆蓋等問題，用戶的移動(dòng)圖書館使用體驗(yàn)會(huì)因此受到影響。在移動(dòng)圖書館的5G無線通信技術(shù)應(yīng)用中，可重點(diǎn)關(guān)注信息共享服務(wù)、信息推送服務(wù)、讀者咨詢服務(wù)、讀者遠(yuǎn)程教育服務(wù)、電子閱讀功能，并結(jié)合5G無線通信技術(shù)，針對(duì)性開展資源建設(shè)、資源及服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，AR技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入和應(yīng)用也需要得到重視。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為例，應(yīng)結(jié)合5G無線通信技術(shù)開展“智慧圖書館”建設(shè)探索，以此進(jìn)一步提升移動(dòng)圖書館的用戶體驗(yàn)，有效聯(lián)系設(shè)備、讀者、圖書館員、環(huán)境、信息資源，推進(jìn)設(shè)備流、信息流、讀者流的有效融合，配合針對(duì)性的主體內(nèi)部聯(lián)系挖掘，即可通過5G無線通信技術(shù)更好滿足讀者提出的各類需求。

2.3 在城市軌道交通中的應(yīng)用

5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用屬于其中必然，這一應(yīng)用需關(guān)注綜合承載、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并重點(diǎn)解決頻帶資源、信號(hào)覆蓋、區(qū)間信號(hào)切換、應(yīng)用開發(fā)等問題。綜合承載需關(guān)注四種城市軌道交通無線通信網(wǎng)絡(luò)，包括乘客無線網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)無線網(wǎng)絡(luò)、公安無線網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)無線網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商承建乘客無線網(wǎng)絡(luò)，獨(dú)立設(shè)置運(yùn)營(yíng)無線網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合地面公安無線通信制式選擇公安無線網(wǎng)絡(luò)方案，并選擇5G無線通信技術(shù)用于生產(chǎn)無線網(wǎng)絡(luò)，以此綜合承載各類業(yè)務(wù)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需結(jié)合城市軌道交通的應(yīng)用場(chǎng)景需求，以此針對(duì)性開展5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)，應(yīng)將5G核心網(wǎng)設(shè)備、各系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器部署于控制中心，將無線天饋設(shè)備、AU接入單元、CU云單元、邊緣核心網(wǎng)設(shè)備、邊緣應(yīng)用服務(wù)器部署于車輛段/停車場(chǎng)部與車站，將天饋設(shè)備及AU接入單元部署于隧道區(qū)間，將車載5G接入設(shè)備部署于列車上，由此即可構(gòu)建全覆蓋的5G生產(chǎn)無線網(wǎng)絡(luò)，綜合承載各類型業(yè)務(wù)；頻帶資源問題的解決需結(jié)合5G時(shí)代的城市軌道交通頻帶分配方案，以此充分利用5G時(shí)代更多的頻帶資源；信號(hào)覆蓋問題的解決需結(jié)合5G無線天饋系統(tǒng)的無線信號(hào)覆蓋方式，即“漏泄同軸電纜+天線”，采用天線的車站、室內(nèi)、室外無線信號(hào)覆蓋同樣需要得到重視。對(duì)于采用漏泄同軸電纜的隧道區(qū)間無線信號(hào)覆蓋，漏纜耦合損耗與傳輸損耗需綜合考慮，覆蓋方案設(shè)計(jì)需以附加耦合損耗和車體屏蔽損耗為依據(jù)；區(qū)間信號(hào)切換問題的解決需在區(qū)間天饋方案設(shè)計(jì)中得到重點(diǎn)體現(xiàn)，系統(tǒng)對(duì)切換時(shí)間的要求、列車運(yùn)行速度、越區(qū)切換地帶的重疊區(qū)覆蓋距離充足性均需要得到重視；應(yīng)用開發(fā)問題的解決需關(guān)注大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、SDN、NFV等新型技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)應(yīng)以先進(jìn)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和豐富的帶寬資源為基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，5G無線通信技術(shù)在各領(lǐng)域均有著較高應(yīng)用價(jià)值。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用、在移動(dòng)圖書館中的應(yīng)用、在城市軌道交通中的應(yīng)用，則直觀展示了5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用路徑。為更好發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，5G無線通信技術(shù)與各類先進(jìn)技術(shù)的配合應(yīng)用必須得到重視。