5G通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

金蓓芳

摘要：在現(xiàn)代生活中，為了滿足人們的通信需求，通信技術(shù)的支持必不可少，同時(shí)也需要通信設(shè)備的配合。隨著通信設(shè)備的不斷普及，數(shù)據(jù)傳輸量也在不斷增加。就目前的通信技術(shù)而言，它越來越不能滿足信息流的要求。因此，5G無線通信系統(tǒng)研究的實(shí)質(zhì)是做好持續(xù)發(fā)展和改進(jìn)，并與客戶的實(shí)際需求相匹配。本文論述了5G通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)以及具體的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：5G 網(wǎng)絡(luò);關(guān)鍵技術(shù);5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析

1概述

1.15G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀

2015年6月，2015年IMT-2020（5G）峰會(huì)在北京舉行。會(huì)議發(fā)布了一份關(guān)于5G技術(shù)的白皮書，其中包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，云已經(jīng)成為共識(shí)，如何將SDN、NFV等概念應(yīng)用到無線領(lǐng)域是最重要的課題;在頻率方面，高頻與低頻、授權(quán)頻譜和無證頻譜的協(xié)同應(yīng)用是一種共識(shí)，但在如何實(shí)現(xiàn)每個(gè)場景的協(xié)同方面仍存在較大差異。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

從5G生態(tài)鏈發(fā)展的角度來看，5G將與4G在初期共同演化，這是由5G自身前進(jìn)的過程決定的，LTE和LTE -A也將向前邁進(jìn)。5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)至少在以下三個(gè)方面改變了我們的移動(dòng)接入體驗(yàn)：（1）高容量：無論是室內(nèi)還是室外，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無處不在，在高密度應(yīng)用場景中都能滿足高帶寬（高性能）接入;（2）超可靠：與3G/4G時(shí)代相比，通信的穩(wěn)定性有了顯著提高;（3）低延遲：能更好地滿足當(dāng)前和未來應(yīng)用的需要，如視頻、物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）、M2M、車輛互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、大型傳感器網(wǎng)絡(luò)、電網(wǎng)、交通甚至智能城市控制。當(dāng)然，它還包括當(dāng)前熱門的AR和VR。

25G通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分析

5G通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行需要關(guān)鍵技術(shù)的支撐。一般來說，5G通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)包括無線傳輸技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

（1）無線傳輸技術(shù)包括大規(guī)模MIMO技術(shù)、F- OFDM技術(shù)和全雙工技術(shù)。① 大規(guī)模MIMO技術(shù)是5G通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它保證了通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。該技術(shù)不僅操作簡單，而且能取得良好的效果，目前已得到廣泛應(yīng)用。它實(shí)現(xiàn)了天線陣列的組合，使得多個(gè)天線可以在不改變基站帶寬和密度的情況下進(jìn)行連接，從而提高頻譜效率，保證信息傳輸質(zhì)量，從而保證網(wǎng)絡(luò)的安全，穩(wěn)定高效的多區(qū)域多用戶同步通信。需要注意的是，在使用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，要合理配置天線，即結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況適當(dāng)增加天線數(shù)量，科學(xué)采用混合配置方式，增強(qiáng)天線分布配置效果，從而提高信息傳輸和接收的效率。另外，這種天線配置可以有效提高智能設(shè)備的空間資源利用率，即使存在信號(hào)干擾，該技術(shù)也可以屏蔽它們。② F- OFDM技術(shù)，也稱為正交頻分復(fù)用技術(shù)。該技術(shù)利用載波將信道變換成多個(gè)子信道，將高速信息流分散成低速子信息流，使每個(gè)正交子信道傳輸這些并行子信息流，從而提高信號(hào)的抗干擾能力，保證信息傳輸?shù)挠行?。此外，該技術(shù)通過合理配置循環(huán)前綴和子載波間隔，可以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)需求，使視頻資源得到更充分、更有效地利用。③ 全雙工技術(shù)。該技術(shù)在5G通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，可以有效地消除信息發(fā)送器和信息接收器中存在的干擾因素，提高通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，使信息數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定高效，并實(shí)現(xiàn)信息收發(fā)過程中的視頻資源共享，使發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的功率不受影響，從而提升5G通信網(wǎng)絡(luò)的使用效果。

（2）無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。① 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容量，使信息和數(shù)據(jù)可以同時(shí)存儲(chǔ)和傳輸，而不影響信息和數(shù)據(jù)的傳輸速率。同時(shí)，為了滿足5G通信網(wǎng)的運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)，傳輸距離和終端距離可以適當(dāng)調(diào)整。另外，為了提高結(jié)構(gòu)的抗干擾能力，需要調(diào)整結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)間的距離，改進(jìn)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀。② 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是解決5G網(wǎng)絡(luò)部署問題的有效手段。能夠及時(shí)有效地應(yīng)對(duì)超密集網(wǎng)絡(luò)，智能恢復(fù)通信網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)系統(tǒng)自動(dòng)配置效率的提高，不斷優(yōu)化和完善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)檢測(cè)和分析通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中的故障，并將問題上報(bào)核心系統(tǒng)，使工作人員能夠及時(shí)修復(fù)，同時(shí)可以大大降低人為錯(cuò)誤的發(fā)生頻率，從而保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

（3）毫米波高頻通信新技術(shù)。它是實(shí)現(xiàn)毫米波向高頻、光波向低頻轉(zhuǎn)換的一種新型通信技術(shù)。它可以成為毫米波高頻通信的新技術(shù)、D2D通信技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。毫米波是一種電磁波，屬于線性波。其發(fā)射光譜波長范圍約為1～10mm，頻率寬度范圍約為30～300ghz。為了更好地將無線通信技術(shù)應(yīng)用于5G無線通信區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)，需要提高毫米波的利用率。為了提高信息傳輸?shù)念l率，需要改變天線的數(shù)量，增加波長。由于傳統(tǒng)的毫米波傳輸在能量傳輸中具有傳統(tǒng)的高功率損耗的缺點(diǎn)，因此有必要結(jié)合大規(guī)模的MIMO傳輸技術(shù)來降低毫米波能量傳輸?shù)墓β蕮p耗，提高信號(hào)質(zhì)量。D2D通信主要分為單播、多播和廣播三種形式。這些通信形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)度困難。目前，這個(gè)問題還有待解決。此外，與WiFi和藍(lán)牙通信技術(shù)相比，該技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它能更好地將設(shè)備與蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接起來，避免了蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸消耗大量的流量。它具有較高的數(shù)據(jù)連接穩(wěn)定性，能夠遠(yuǎn)距離進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，信息數(shù)據(jù)傳輸速率高，數(shù)據(jù)傳輸延遲小，功耗小。

35G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析

由于5G技術(shù)具有巨大的帶寬容量和近乎零的時(shí)延特性，5G網(wǎng)絡(luò)的多域應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

（1）5G連接工業(yè)智能互聯(lián)網(wǎng)快速連接網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人：高可靠性、超低時(shí)延的5G連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人工智能自動(dòng)控制工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器人的快速數(shù)據(jù)同步。在5G技術(shù)的支持下，制造業(yè)將用統(tǒng)一的電子計(jì)算行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)取代當(dāng)今分散的計(jì)算行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而更有效地實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)率的目標(biāo)。

（2）5G體育網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)：通過CPU與智能手機(jī)之間的大量數(shù)據(jù)同步傳輸數(shù)據(jù)，5G體育網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)幫助用戶實(shí)現(xiàn)快速的體育直播視頻組播。借助于來自不同攝像機(jī)位置和角度的高速實(shí)時(shí)視頻信息流以及幾乎零延遲的數(shù)據(jù)傳輸，用戶將能夠?qū)崟r(shí)增強(qiáng)和快速分享自己真實(shí)的職業(yè)高爾夫體驗(yàn)。

（3）5G級(jí)虛擬機(jī)與現(xiàn)實(shí)的互動(dòng)：虛擬網(wǎng)絡(luò)空間的毫秒延遲和超高吞吐量，讓兩個(gè)人的虛擬機(jī)和真實(shí)的移動(dòng)用戶在不同的網(wǎng)絡(luò)空間共同工作和互動(dòng)。遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)協(xié)作和遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)監(jiān)控將使您能夠有效優(yōu)化不同的遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)管理應(yīng)用程序和工作流程，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控教育、生產(chǎn)、機(jī)器人維護(hù)和設(shè)備維修。

（4）智能電網(wǎng)的應(yīng)用：5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)智能電源的優(yōu)化升級(jí)，有效解決停電問題，控制運(yùn)行過程中的電力設(shè)備能耗，降低智能電網(wǎng)運(yùn)行成本，提高電力企業(yè)的實(shí)際效益。

（5）在云技術(shù)中的應(yīng)用：帶寬、信息和數(shù)據(jù)傳輸以及環(huán)境是影響云技術(shù)運(yùn)行的因素，因此云技術(shù)運(yùn)行存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)傳輸方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。如果將其集成到云技術(shù)中，可以為云技術(shù)的運(yùn)行提供安全保障，避免信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t或中斷，降低云技術(shù)的運(yùn)營成本。

4結(jié)論

5G通信網(wǎng)絡(luò)改變了人們的通信方式，在網(wǎng)絡(luò)連接和信號(hào)傳輸方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，提高了智能設(shè)備的利用率，將成為未來通信的主流。目前5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仍處于初步應(yīng)用和持續(xù)研發(fā)階段，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，?duì)5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求將使其未來在許多領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分可觀，這將有力地推動(dòng)我國通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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