5G無(wú)線通信技術(shù)概念及其應(yīng)用

劉春雨，盛 會(huì)

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.石家莊麥特達(dá)電子科技有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引 言

隨著5G技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域和人們的日常生活、工作當(dāng)中的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒈憬菪砸约靶?。通過(guò)布局更為廣泛的網(wǎng)絡(luò)，支持更多的應(yīng)用程序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的便捷化、智能化以及高效化。結(jié)合無(wú)線通信內(nèi)容分析5G無(wú)線通信技術(shù)概念，并探究該技術(shù)在生活、工作中的應(yīng)用，從而為下一階段5G移動(dòng)通信發(fā)展與5G技術(shù)有效應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 5G無(wú)線通信技術(shù)概念

5G無(wú)線通信技術(shù)是基于優(yōu)化4G通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、更新技術(shù)內(nèi)容所誕生的移動(dòng)通信體系，不僅可以使傳輸數(shù)據(jù)信息的效率更高，而且還能夠結(jié)合更為復(fù)雜的加密算法保證信息的安全性。其網(wǎng)絡(luò)布局范圍更廣，支持應(yīng)用程序更多，可以進(jìn)一步豐富人們的生活。通過(guò)5G技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)娛樂(lè)等不同的目標(biāo)，構(gòu)建5G無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸生態(tài)環(huán)境，進(jìn)一步提高我國(guó)通信技術(shù)水平，從而帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益[1]。5G信號(hào)傳輸如圖1所示。

圖1 5G信號(hào)傳輸

2 5G無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

在當(dāng)前的發(fā)展與應(yīng)用中，5G技術(shù)整體優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為大帶寬、速度提升、應(yīng)用范圍擴(kuò)大，不僅有利于信息的傳播，同時(shí)也可以讓用戶在網(wǎng)絡(luò)極其擁擠的情況下利用5G組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速度提升，以獲得更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)。

隨著5G技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，目前因網(wǎng)絡(luò)速度過(guò)慢、信號(hào)不穩(wěn)定等導(dǎo)致的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度過(guò)慢的問(wèn)題得以解決[2]。但同時(shí)5G通信技術(shù)的缺點(diǎn)也很明顯，即需要更多的基站。由于5G帶寬更大、速度更快，因此其要求的5G基站信號(hào)發(fā)射功率也就越大。5G技術(shù)能夠支持不同設(shè)備同時(shí)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸，隨著數(shù)據(jù)量的提升，對(duì)基站的數(shù)據(jù)處理能力、信號(hào)接收能力、數(shù)據(jù)發(fā)送能力等都有更高的要求，意味著5G基站的建設(shè)成本和運(yùn)維成本會(huì)進(jìn)一步增加。此外，部署5G設(shè)備需要花費(fèi)大量的時(shí)間與精力，對(duì)于部分偏遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)講，未來(lái)還需要等待一段時(shí)間才能夠使用5G服務(wù)。5G通信結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 5G通信結(jié)構(gòu)原理

3 5G無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用分析

隨著5G無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段與5G技術(shù)相關(guān)的技術(shù)體系也在不斷的完善。

在5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中使用高頻傳輸技術(shù)，注重對(duì)高頻傳輸資源進(jìn)行研究開發(fā)，不斷更新技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)體系，保障信號(hào)傳輸?shù)耐暾?、穩(wěn)定性，提升信號(hào)強(qiáng)度，確保信號(hào)不會(huì)因?yàn)楦哳l段傳輸導(dǎo)致耗能較多，影響信號(hào)本身的強(qiáng)度。為進(jìn)一步提升頻譜利用效率，發(fā)揮頻譜在信息傳輸中的作用，通過(guò)建立巨大的數(shù)據(jù)矩陣和增加數(shù)據(jù)服務(wù)對(duì)象實(shí)現(xiàn)空分多址，并在此基礎(chǔ)上增加天線數(shù)量，保障頻譜資源利用率進(jìn)一步提升。除此之外，還要降低因天線數(shù)量增加導(dǎo)致天線安裝質(zhì)量下降問(wèn)題的影響。通過(guò)有效運(yùn)用垂直方向排列方式，拓展天線信號(hào)維度，減少天線之間信號(hào)的相互干擾，使信號(hào)傳輸?shù)膿p耗降到最低[3]。

通過(guò)使用多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)，在不增加帶寬的情況下，成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率[4]。通過(guò)在發(fā)送端和接收端之間建立多個(gè)信道，提升通信單元之間的獨(dú)立性，避免無(wú)線信號(hào)之間的相互干擾，促使信道傳輸中的數(shù)據(jù)吞吐量進(jìn)一步增加。

4 5G技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題總結(jié)

5G技術(shù)的有效應(yīng)用能夠大幅提升信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、便捷性以及安全性，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受技術(shù)體系不完善、技術(shù)內(nèi)容掌握不完全等因素的影響，各種應(yīng)用問(wèn)題不斷產(chǎn)生。

目前被應(yīng)用于實(shí)際生活場(chǎng)景中的5G技術(shù)主要是提升互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)速度、提高數(shù)據(jù)傳輸效率，未在5G自動(dòng)駕駛聯(lián)動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)5G生態(tài)系統(tǒng)部署等方面得到充分應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)不足。要想充分發(fā)揮5G技術(shù)的作用，必須在應(yīng)用環(huán)境中建設(shè)數(shù)量足夠的5G基站。此外，5G基站運(yùn)行起來(lái)將會(huì)耗費(fèi)大量的電力資源，這使得5G的運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)一步增加[5]。雖然我國(guó)的高科技公司已經(jīng)研發(fā)了5G無(wú)線通信技術(shù)并建立了統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，但是并不意味著5G技術(shù)體系已經(jīng)完善。目前，我國(guó)5G技術(shù)研究領(lǐng)域仍表現(xiàn)出不成熟、不完善的狀態(tài)[6]。此外，雖然技術(shù)主框架的構(gòu)建已經(jīng)讓5G技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)生活化應(yīng)用，但是生活場(chǎng)景的選擇和應(yīng)用業(yè)務(wù)的拓展仍還存在較大的問(wèn)題[7]。5G技術(shù)目前只實(shí)現(xiàn)了無(wú)線通信領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)速度提升的目標(biāo)，在技術(shù)發(fā)展、優(yōu)化、應(yīng)用等方面仍然存在許多問(wèn)題，包括5G信號(hào)強(qiáng)度弱、運(yùn)營(yíng)成本較高、部署難度較大等。

5 5G無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化

為進(jìn)一步提升5G技術(shù)應(yīng)用有效性，對(duì)上述所提出的技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)并提出一定的優(yōu)化建議，希望通過(guò)這些措施的有效應(yīng)用為下一階段5G技術(shù)發(fā)展起到一定的助推作用，提高我國(guó)5G技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

目前，5G技術(shù)主要應(yīng)用場(chǎng)景是手機(jī)無(wú)線通信，在一定程度上能夠提高手機(jī)用戶的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)體驗(yàn)，提升互聯(lián)網(wǎng)通信的服務(wù)質(zhì)量，但是過(guò)于單一化的使用場(chǎng)景限制了5G技術(shù)的發(fā)展。為此，需要進(jìn)一步拓展5G技術(shù)應(yīng)用業(yè)務(wù)和場(chǎng)景，提升應(yīng)用范圍。以5G生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)硬件場(chǎng)景的有效應(yīng)用，提升5G技術(shù)應(yīng)用水平和質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)在5G應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展[8]。在電網(wǎng)巡查當(dāng)中，通過(guò)5G通信無(wú)人機(jī)智能化巡檢技術(shù)的有效應(yīng)用能夠大幅提升電網(wǎng)問(wèn)題排查的質(zhì)量和效率。通過(guò)在機(jī)場(chǎng)應(yīng)用5G交通監(jiān)測(cè)管理技術(shù)，構(gòu)建智慧交通指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路交通、對(duì)空交通的全局精準(zhǔn)可視化預(yù)測(cè)和高效協(xié)同工作，為建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型智慧機(jī)場(chǎng)起到一定的輔助作用。

為進(jìn)一步降低5G部署成本及運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高導(dǎo)致的5G技術(shù)應(yīng)用困難問(wèn)題的影響，根據(jù)使用需求采取降本增效的措施，盡可能地提高5G技術(shù)的應(yīng)用性價(jià)比。在網(wǎng)絡(luò)部署中，通過(guò)解析5G特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景，適當(dāng)減少全網(wǎng)5G基站數(shù)量，從而降低部署成本和運(yùn)營(yíng)成本。此外，也可以按頻譜特性與需求選擇合適的頻率發(fā)射5G信號(hào)，讓不同頻段的5G信號(hào)在各場(chǎng)景中分別發(fā)揮其通信作用，在實(shí)現(xiàn)5G場(chǎng)景業(yè)務(wù)拓寬的前提下進(jìn)一步達(dá)到5G通信分層應(yīng)用的目標(biāo)[9]。通過(guò)規(guī)劃5G基站區(qū)域建設(shè)并分層運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)共享的目標(biāo)。

為了進(jìn)一步提升5G應(yīng)用的有效性，實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容更新和技術(shù)體系的完善，需要進(jìn)一步加強(qiáng)5G技術(shù)的研發(fā)[10]。以自主創(chuàng)新的TD-S技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)、通信頻率以及業(yè)務(wù)需求等進(jìn)行分析拓展，實(shí)現(xiàn)5G Rel-17技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完善應(yīng)用和運(yùn)行。

6 結(jié) 論

綜上所述，為進(jìn)一步提升5G技術(shù)的應(yīng)用水平，必須在全面掌握該技術(shù)內(nèi)涵的前提條件下對(duì)其應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析。通過(guò)了解目前主流5G技術(shù)內(nèi)容，總結(jié)5G技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題并提出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化措施，從而為下一階段5G應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)、技術(shù)體系完善、運(yùn)行部署成本降低起到一定的積極作用。