5G無線通信技術概念及相關應用研究

（中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京 100000）

我國在科技研發(fā)方面的投入不斷增加，使得我國5G無線通信技術世界領先，實現(xiàn)了“彎道超車”。無線通信技術從最初的1G網(wǎng)絡到普遍應用的3G、4G網(wǎng)絡，每次無線通信技術的代際更新都在不斷縮短，充分體現(xiàn)了該技術快速發(fā)展的趨勢。作為科技突破的重要表現(xiàn)，5G無線通信技術目前已成功商用，不僅提升了人們的業(yè)務使用體驗，也加速推動產(chǎn)業(yè)融合升級。5G與城市生活相結合將推動大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術的新發(fā)展，進一步催生更多新業(yè)態(tài)、新模式、新應用，促進人們生活方式全方位、深層次的變革，加速我國從移動互聯(lián)網(wǎng)時代進入智能互聯(lián)網(wǎng)的時代。

一、5G無線通信技術概念

隨著人們對生活質(zhì)量的不斷提升，不僅對移動通信的傳輸速率提出了更高的要求，同時也在低功耗、低時延等方面提出了新的需求。5G是第五代移動通信技術的簡稱，5G的傳輸速率在28GHz波段下已達到1Gbps，而4G的傳輸速率僅為75Mbps，可以說5G無論是傳播速度、相應能力等方面，都比4G都有了很大提高。5G力求打破傳統(tǒng)無線通信技術存在的局限性，為該技術的使用用戶提供更加豐富且優(yōu)質(zhì)的業(yè)務服務活動[1]。5G無線通信技術繼承了2G、3G以及4G的優(yōu)勢，具有極強的兼容性，并且還可以接入各種新型的無線通信技術，拓寬了通信服務的方式，提升通信服務質(zhì)量，讓無線通信技術體系變得更加完善。同時通過運用網(wǎng)絡功能虛擬化NFV、5G網(wǎng)絡切片、RAT無線接入等技術，可以提升5G網(wǎng)絡安全，保障5G網(wǎng)絡的穩(wěn)定覆蓋和可靠傳輸。

二、5G無線通信技術的相關應用研究

1.D2D技術的應用

D2D技術是5G無線通信技術中的關鍵技術之一，該技術作為蜂窩通信的補充，可以使一定范圍內(nèi)的終端設備實現(xiàn)點對點直接通信，從而有效緩解無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏的現(xiàn)狀，實現(xiàn)頻譜資源的高效利用。D2D技術工作在許可頻段也可以更好地保障干擾可控，在保證傳輸效率的同時降低傳輸所需要的成本，增強網(wǎng)絡穩(wěn)定性的同時提升用戶體驗。D2D技術的應用場景包括基于鄰近特性的本地業(yè)務應用、應急通信、物聯(lián)網(wǎng)增強等。但D2D技術面臨傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡難以有效支持D2D通信、頻譜共享造成用戶通信干擾、大量設備通信高峰引起的通信時延等挑戰(zhàn)。解決上述挑戰(zhàn)，將有助于D2D技術應用范圍的擴大，充分發(fā)揮其在5G無線通信中的技術優(yōu)勢[2]。

2.大規(guī)模MIMIO技術的應用

MIMO技術改變了傳統(tǒng)單天線對單天線的信號收發(fā)模式，通過多個天線實現(xiàn)信號的多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，充分利用空間資源，保證通信鏈路整體可靠性，實現(xiàn)系統(tǒng)信道容量的成倍提升。大規(guī)模MIMO技術作為MIMO技術的延伸和擴展，是開啟5G用戶體驗的關鍵技術之一。不同于4GMIMO最多8天線，5GMIMO在基站側配備更大規(guī)模的天線陣列，可達到64天線，甚至更大規(guī)模。大規(guī)模MIMO技術的應用場景主要有異構網(wǎng)絡、無線回傳鏈路、室內(nèi)外熱點等。但大規(guī)模MIMO技術面臨著導頻污染、天線互耦等問題亟待解決。

3.毫米波通信技術的應用

毫米波通常指的頻段在30GHZ到300GHz的電磁波，兼具微波和遠紅外線兩種波譜的特點。毫米波通信是以毫米波作為無線信息傳輸?shù)妮d體，是一種具有高質(zhì)量、恒定參數(shù)的無線傳輸信道的視距傳輸方式。由于毫米波頻帶寬、頻率高、波長短、波束窄，利用毫米波通信可以極大提升信道容量、提供穩(wěn)定的傳輸信道、具有極高的多普勒分辨率、提升信息傳輸安全保密性，大大提升數(shù)據(jù)傳輸速率，降低信號傳輸時延，有效地解決海量互聯(lián)網(wǎng)設備無線接入所面臨的諸多問題，在5G無線通信中有著極其廣泛的應用前景。毫米波通信技術的應用場景主要有密集人群超大業(yè)務流量區(qū)域的熱點覆蓋、固定無線寬帶接入、無壓縮高清視頻的無線傳輸、智能制造等產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景等。但由于毫米波通信存在信號傳播距離短、穿透力差、成本高等問題，對毫米波頻段的5G商用部署是巨大的阻礙。

4.同時同頻全雙工技術

同時同頻全雙工技術指通信的收發(fā)雙方同時利用相同的頻譜發(fā)送和接收信號，突破了頻分雙工技術和時分雙工技術的頻譜資源使用限制，更加靈活地使用頻譜資源。與傳統(tǒng)半雙工技術相比，同時同頻全雙工不僅可以提升頻譜利用效率，減小反饋信號的接收延遲，還可以提升通信的安全性。同時同頻全雙工技術應用場景主要有室內(nèi)低功率場景、低速移動場景、智能語音場景、車載人機交互場景等。但是同時同頻全雙工技術主要面臨著強自干擾以及相鄰小區(qū)同頻干擾兩大問題，為其實際應用帶來了極大的挑戰(zhàn)。

結語

面對多樣化的業(yè)務需求和復雜場景，5G無線通信技術的應用在帶來更好的數(shù)據(jù)應用體驗的同時，也促進了交互方式的再次升級，成功為移動通信賦予了通用技術的屬性，目前已成為不可或缺的基礎設施。未來，隨著科技水平的不斷提高以及5G無線通信技術的日趨完善，5G無線通信技術的應用范圍也會不斷擴大，為全面推動數(shù)字社會的發(fā)展提供強大動力。