新時期5G無線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與應用

劉菁昊 賈鳳閣 楊秋實

（北京機械工業(yè)自動化研究所有限公司 北京市 100120）

當前，4G 無線通信技術(shù)已經(jīng)在全國推廣開來，其得到了廣泛的應用。就4G 技術(shù)的便捷性而言，5G 無線通信技術(shù)可能會對人們的生活方式造成翻天覆地的變化。當前的5G 技術(shù)大多已逐漸成熟，其特點是數(shù)據(jù)傳輸速率高，成本降低并且支持眾多設備的連接。這些功能將滿足5G 技術(shù)在各個領域的應用，并為某些行業(yè)提供幫助技術(shù)上的支持，進一步促進了社會發(fā)展。在不久的未來，人們將全面進入5G 的時代。

1 5G無線通信技術(shù)概述

5G 時代的到來奠定了數(shù)字信息化技術(shù)的基礎。5G 無線通信技術(shù)的發(fā)展極大地提高了信息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。5G 無線網(wǎng)絡的最大傳輸速度高達10Gb/s，下載一個1080p 高清電影僅僅需要幾秒鐘。此外，使用5G 技術(shù)還不僅限于計算機和手機，還包括智能家居的方向。

5G 無線通信技術(shù)的原理是光速等于波長乘以頻率。過去的有線通信技術(shù)為了確保遠距離信息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量，需要進一步分析空氣中的影響因素。而5G 無線通信技術(shù)的傳輸使用了超高頻的電磁波。由于波的頻率很高，因此傳輸速度快，所以5G 無線通信技術(shù)的商業(yè)應用需要進一步的評估。但雖然高頻波長短，但是在傳播過程中容易發(fā)生故障，并被建筑物影響的概率也更大。因此，5G技術(shù)的應用應該增加5G 基站的數(shù)量。5G 技術(shù)的未來發(fā)展仍面臨許多人挑戰(zhàn)，許多問題也需要解決，但這不會阻止未來的5G技術(shù)開發(fā)。

5G 技術(shù)是無線通信技術(shù)的最新成果，它徹底吸取了過去幾代無線通信技術(shù)積累的經(jīng)驗和優(yōu)勢，并且過去存在主要缺點已經(jīng)得到改正，因此將給用戶帶來更好的使用體驗。5G 無線通信技術(shù)的優(yōu)勢除了過去幾代技術(shù)的優(yōu)勢外，還做到了與最新的智能化與自動化技術(shù)相融合。在5G時代，人們對于無線通信技術(shù)的期望將得到滿足，用戶的通信以及使用體驗將更加的人性化，有了更加有效的溝通效果，使人們的生活更輕松，生產(chǎn)力更高。無線通信技術(shù)的進步將使國家和社會受益匪淺。

2 5G無線通信技術(shù)的應用現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)應用現(xiàn)狀

5G 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由5G 通訊模塊與5G 云組網(wǎng)而成，提供各種設備的數(shù)據(jù)采集和通信服務。5G 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸功能是將分散在場館內(nèi)的終端上傳信息進行采集、傳輸、匯集、處理，通過運營商基站回傳至信息中心，經(jīng)過分包處理后分發(fā)給相應的異地子客戶端，可在短時間內(nèi)在全球獲取終端數(shù)據(jù)的信息，是一種基于5G 通訊技術(shù)的新型實時數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)。

5G 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要針對數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，解決傳感層數(shù)據(jù)接入問題，具有時延低、實時性高、傳輸速率高等主要特點，在環(huán)境保護監(jiān)、地震監(jiān)測預報、森林防護、海洋監(jiān)測、大中型水情測報、氣象預報、油氣田、油氣管道網(wǎng)、農(nóng)業(yè)、鐵路、公路、航運交通管理、地區(qū)間聯(lián)絡、野生動物保護等行業(yè)提供全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信服務?？蓮V泛應用于航空、海事、林業(yè)、地震、水利、環(huán)保、氣象的領域，提供全天時、全天候數(shù)據(jù)采集及通信服務，全面提高行業(yè)用戶信息化水平，極大滿足各類人群的個性化需求。

目前，我國的5G 技術(shù)研究團隊主要包括華為技術(shù)有限公司和中國移動通信集團，美國的高通集團和韓國的三星集團也有相關的技術(shù)研究。但是，中國在研究5G通信技術(shù)方面取得了比較好的成績，它們主要體現(xiàn)在以下技術(shù)中：

2.1.1 高頻通信傳輸技術(shù)

近年來，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，中國互聯(lián)網(wǎng)用戶呈現(xiàn)爆炸性增長?；ヂ?lián)網(wǎng)需求已有更大的需求。面對更多的用戶，對于信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斔俣扰c質(zhì)量也面臨更大的挑戰(zhàn)。當前的5G 高頻通信技術(shù)可以有效解決波特率低的問題。這項技術(shù)也是廣大用戶對于5G 技術(shù)最直觀的感覺。但是，這項技術(shù)的開發(fā)仍在進行中，該技術(shù)也仍存在缺點，比如有時數(shù)據(jù)傳輸不夠穩(wěn)定，并且傳輸需要的消費成本過高等，這是當今5G 高頻通信技術(shù)迫切需要解決的問題。

2.1.2 密集網(wǎng)絡通信技術(shù)

無線網(wǎng)絡是當前人們?nèi)粘１仨毜募夹g(shù)，5G 通信技術(shù)的集成也可以克服其發(fā)展中的許多問題。但是，5G 無線通信技術(shù)的發(fā)展可以為無線網(wǎng)絡的后續(xù)發(fā)展克服許多障礙。例如，如果用戶位于某些人口稠密的住宅區(qū)，各用戶對于數(shù)據(jù)的傳輸要求各不相同，無線網(wǎng)絡必須根據(jù)實際情況執(zhí)行適當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸。密集網(wǎng)絡通信技術(shù)可以滿足此要求，它可以創(chuàng)建大量低功耗節(jié)點，因此熱點的數(shù)量和質(zhì)量已得到明顯改善。這對于人口稠密的地區(qū)無線網(wǎng)絡的需求問題有很好的解決方案。但是，和高頻傳輸通信技術(shù)一樣，在現(xiàn)階段，該技術(shù)在仍存在一定的缺陷，即在應用過程中，網(wǎng)絡密度增加，也會造成數(shù)據(jù)傳輸干擾，這是該技術(shù)中一個更為突出的問題。

2.1.3 D2D 通信技術(shù)

傳統(tǒng)的無線信號傳播應該在基站中間進行傳播，并限制在一定范圍內(nèi)。D2D 通信技術(shù)數(shù)據(jù)直接在終端之間分配，而不通過基站發(fā)送。這項技術(shù)有效地減輕了基站的負擔，并節(jié)省并改善了數(shù)據(jù)的傳輸時間，同時信息數(shù)據(jù)的傳輸效率將大大提高，基站和其他設施的建設成本也會降低。結(jié)合起來看，D2D 通信技術(shù)將在未來成為流行的技術(shù)。

2.1.4 新型多天線傳輸通信技術(shù)

使用傳統(tǒng)的通信技術(shù)，將會面臨著很高的服務壓力和破壞性干擾。在很多的情況下，無線通信的質(zhì)量也會受到很大影響，這是舊的無線技術(shù)面臨的最大問題之一。在新型的多天線傳輸通信技術(shù)取得重大突破之后，找到了解決這些問題的方法。首先，關于一些雜波對于通信信息的干擾，可以通過加強接收和發(fā)送信息的強度來加強信息的抗干擾能力。多輸入多輸出天線的開發(fā)可以解決許多問題，并進一步改善信息的傳輸提高網(wǎng)絡連接的連接速率。如果在用戶社區(qū)大量安裝具有改進的軌道天線技術(shù)的MIMO 天線，就可以有效提高電話通信的質(zhì)量和速度，但是這種發(fā)展存在局限性，隨著這種類型的下行鏈路基站，有望采用新的電信技術(shù)。換句話說，可以增加許多移動天線，最多八根。如今，許多新的通信技術(shù)正面臨著技術(shù)上的局限，但是，可以通過增強信號強度來解決此問題，系統(tǒng)的性能將大大提高，通信的效率也會提高。

2.2 國外應用現(xiàn)狀

當前，國外越來越關注5G 技術(shù)的使用和發(fā)展，呈現(xiàn)出與我國截然不同的特點。在國外，5G 無線通信技術(shù)的使用具有清晰的點狀分布特點。意味著大多數(shù)外部通信事件仍使用4G 通信技術(shù)，只有少數(shù)地區(qū)進行5G 的發(fā)展，這在一些大城市更為普遍。

在韓國，日本和美國，5G 技術(shù)這一先進的通信技術(shù)在技術(shù)的研究中，與其他國家不同，這些發(fā)達國家往往呈現(xiàn)5G 技術(shù)的面狀分布。通常情況下，不專注于將資源集中在一種或多種技術(shù)上，而是更加側(cè)重于整體優(yōu)化，更新和應用程序技術(shù)。例如，韓國三大運營商SK，KT 和LGU+同時在韓國部分地區(qū)推出了5G 服務，并分別選拔了技術(shù)人員并分配了資金。根據(jù)當今自身的技術(shù)優(yōu)勢尋求參與和進步。一方面，韓國本身通信需求有限，其運營商嘗試與對等方合作，以達到搶占國外市場的目的；另一方面，不同運營商的技術(shù)優(yōu)勢不同。在融合發(fā)展的模式下，將以各種方式幫助推動5G 技術(shù)的進步，這對國家通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極影響。

3 5G無線通信技術(shù)的未來應用趨勢

從趨勢的角度看，新時代5G 無線通信技術(shù)的發(fā)展主要強度三個方向，即抗干擾，高穩(wěn)定性和高效率?？垢蓴_意味著在5G 技術(shù)下，通信活動可以更有效地處理其他電磁信號。類似帶寬的信號，諧波和其他計劃外的磁場（例如金屬礦井）以提高信號的可讀性。目前，我國使用通信信號復用技術(shù)來進行信號的抗干擾處理，它采用了最為廣泛的操作用于將信號聚焦在不同的通信條件上，使得通信信號出出于更理想的頻道中，之后會進行降噪和凈化，效果是可以接受的，但是它不能從根本上解決干擾源的損壞。一些美國科學家提出了高頻通信模型，這樣，將頻率明顯高于常規(guī)頻段的信號用于信息傳輸，可以防止來自類似頻帶信號的干擾。但是，此模式要求大量的通信設備到終端進行轉(zhuǎn)換，因此需要非常昂貴的成本，仍然缺乏可行性。在5G 無線通信技術(shù)的通信效率方面，不同國家的研究進展相對有限?，F(xiàn)階段的5G 技術(shù)還不能達到實驗室交流水平并且影響因素具有多樣性，這意味著要想嘗試充分利用5G 技術(shù)，需要通過大范圍以及系統(tǒng)化的通信結(jié)構(gòu)改進與轉(zhuǎn)換，但是這需要大量的資金投入?，F(xiàn)階段，市場尚未完全形成，在這種情況下，幾乎所有的國家都未進行全面的貿(mào)易轉(zhuǎn)型[1]。

對于5G 無線通信技術(shù)的未來應用趨勢，5G 電信技術(shù)的價值已逐漸得到認可?？梢灾鸩绞沟糜脩羧后w的數(shù)量擴大，但是在群組類別方面，仍然可以保持穩(wěn)定。對于各個群體類別，個人用戶，公司協(xié)會和機關單位是5G 無線通信技術(shù)的主要應用群體。其中，個人用戶較為分散，但是電信服務的總數(shù)很大并且分布在中國不同地區(qū)，商業(yè)協(xié)會對于5G 無線通信技術(shù)的需求較為穩(wěn)定，一些大型公司通常會優(yōu)先考慮技術(shù)業(yè)務中的技術(shù)變革，而中小型企業(yè)并通常都會缺乏所需的大量信息，并且不斷變化的技術(shù)和使用往往是一大問題。政府機構(gòu)對5G 無線通信技術(shù)的使用有所差異。部分數(shù)據(jù)信息需要有大量的交互與處理，導致部分單位會嘗試改善技術(shù)，例如醫(yī)院[2]。

4 新時期5G無線通信技術(shù)的應用分析

4.1 數(shù)字貨幣上的5G技術(shù)應用

自比特幣問世以來，世界范圍內(nèi)各種各樣的數(shù)字貨幣層出不窮。中國人民銀行行長周小川曾在2018年表示，中國計劃推出屬于自己的數(shù)字貨幣。因為5G 技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸安全性極高，并且傳輸速度極快，如果將5G 技術(shù)應用于數(shù)字貨幣交易中，不但能使數(shù)字貨幣交換的效率增加數(shù)千倍，同時擴大了數(shù)字貨幣的交易范圍，最終數(shù)字貨幣的交易范圍將覆蓋全球，為人們數(shù)字貨幣交易的安全與隱私提供了保障，將貨幣流通成本和發(fā)行成本降低到零[3]。

4.2 在云計算、大數(shù)據(jù)領域應用5G技術(shù)

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，僅2018年，全球生成信息數(shù)據(jù)總量已經(jīng)超過過去幾年數(shù)據(jù)量總和。因此，我們已經(jīng)不如大數(shù)據(jù)時代。5G 無線通信技術(shù)可以幫助人們在短時間內(nèi)輸入、處理、傳輸和輸出數(shù)據(jù)，幫助人們在數(shù)據(jù)量繁多的環(huán)境下依然可以及時通信。

此外，5G 無線通信技術(shù)同樣適用于云計算。眾所周知，云計算需要在線上實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)計算，只有計算速度達到每秒十萬億次才能夠幫助人們順利計算。如果將5G 無線通信技術(shù)應用到云計算中，則云計算的可靠性和穩(wěn)定性將提升，同時防止了數(shù)據(jù)泄漏，進一步提高了云計算的速度[4]。

4.3 在醫(yī)療領域應用5G技術(shù)

廣大的醫(yī)療工作者長期以來被我國醫(yī)療資源匱乏，醫(yī)療機構(gòu)分布不均的情況所困擾著。如果在醫(yī)療領域應用5G 無線通信技術(shù)，則通過5G 極其迅速的傳輸速度可以及時的幫助患者于醫(yī)生在網(wǎng)上交流，全國各地醫(yī)院的年輕實習生也可以通過使用5G 技術(shù)參與在線醫(yī)療保健并學習醫(yī)療經(jīng)驗。前線的科研工作者也在致力于將工業(yè)智能，5G 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，在全國范圍內(nèi)構(gòu)建醫(yī)療互聯(lián)網(wǎng)，達到24 小時看病的效果，從而徹底解決我國“看病難”的問題[5]。

4.4 5G技術(shù)在安卓系統(tǒng)中的應用

安卓系統(tǒng)中，源代碼是開放可修改的。我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C、平板電腦等電子產(chǎn)品大多使用安卓系統(tǒng)。應用程序框架，系統(tǒng)核心層和應用程序，存儲時間和系統(tǒng)運行時間是安卓系統(tǒng)的4 層分層體系。將5G 技術(shù)應用到安卓系統(tǒng)中，可以在系統(tǒng)的核心層將硬盤與終端同步，大量節(jié)約了終端的系統(tǒng)內(nèi)存，使得安卓手機的系統(tǒng)安全性得到了顯著提高。

5 結(jié)束語

綜上所述，在新時代，5G 無線通信技術(shù)的發(fā)展和應用具有非常廣闊的前景。5G 技術(shù)的開發(fā)和應用對于眾多領域的發(fā)展具有非常重要的意義。目前，雖然我國一些地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了5G 技術(shù)的初步使用，發(fā)展狀況較為良好，但是仍然具有一些技術(shù)上的缺陷。國外對5G 技術(shù)的使用具有點綴特征，其發(fā)展依據(jù)不同城市分布而不同。對于5G 無線通信技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，5G 無線通信技術(shù)的發(fā)展將更加關注干擾，高穩(wěn)定性和高效率。在未來，我國需要急切解決5G 技術(shù)的一些缺陷，盡早實現(xiàn)5G 技術(shù)的全面推廣，為我國通信行業(yè)發(fā)展做出貢獻。