大數(shù)據(jù)5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景

喬娟

（國家計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心甘肅分中心，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

5G移動通信技術(shù)這一突破性研究成果宣布了5G時代的來臨，而5G時代對人類的生活工作環(huán)境以及日常生活來說，將產(chǎn)生的影響都相當(dāng)巨大。為了將5G移動通信技術(shù)的使用價值充分發(fā)揮，有關(guān)組織機構(gòu)和人才都應(yīng)該緊隨時代腳步，積極探討和深入地研究5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)，以便于讓5G移動通信技術(shù)可以更好地為人類的生產(chǎn)生活進行服務(wù)。

1 5G移動通信概述

5G移動通信技術(shù)作為5G技術(shù)的核心技術(shù)，成功取代了4G移動通信技術(shù)。集成了多種技術(shù)為一體的5G移動通信技術(shù)是一項比較復(fù)雜的通信技術(shù)，為人們的日常生活和工作需要提供了極大的便利。對比4G移動技術(shù)，5G移動通信技術(shù)擁有效率高、可擴展性和可靠性等優(yōu)勢。5G移動通信技術(shù)的高效率性得益于它的接收頻帶高，覆蓋性廣。與4G移動通信技術(shù)相比，5G移動通信技術(shù)的覆蓋率更高，通信速度更穩(wěn)定，這是5G移動技術(shù)可擴展性的一個重要因素。5G移動通信技術(shù)的安全性在于，在5G移動通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以更有效地減少用戶延遲，以滿足用戶的不同需求[1-2]。

表1 5G 移動通信技術(shù)特點及發(fā)展前景

2 5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)概述

2.1 5G移動通信的多天線傳輸技術(shù)

描述物質(zhì)移動通信的多天線傳輸技術(shù)的一種方式便是多輸入多輸出技術(shù)。增加天線數(shù)量、豐富傳輸方式使多天線傳輸技術(shù)成為5G通信移動技術(shù)的核心技術(shù)之一。多天線傳輸技術(shù)的使用對整個5G移動臺的服務(wù)質(zhì)量和效益具有重要影響。5G多天線移動通信技術(shù)的主要優(yōu)勢是能夠最大限度地降低部署成本。另外，由于5G手機的多天線傳送技術(shù)還具備著高效增加天線覆蓋、增強性能的優(yōu)點，因此通過多天線高效無線傳送信息也是5G移動無線電多天線傳送技術(shù)的主要功能，進而對5G手機傳遞信息的效率和可信賴程度進行增強。所以，相關(guān)工作人員要根據(jù)工作中的實際情況改變天線的數(shù)量，解決天線增加過程中出現(xiàn)的問題。多天線傳輸技術(shù)示例——玉衡系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 多天線傳輸技術(shù)示例——玉衡系統(tǒng)

2.2 5G移動通信的同時同頻全雙工技術(shù)

全雙工直流頻率技術(shù)是一項可以提升5G效率的移動技術(shù)，主要得益全雙工技術(shù)擁有同時在一個信號上雙向進行操作的優(yōu)點，可以進一步節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。處于相同頻率的5G手機可能會受到設(shè)備自身的干擾影響，降低全雙工技術(shù)的服務(wù)效率和質(zhì)量[3]。所以，有關(guān)機構(gòu)和人員都應(yīng)當(dāng)努力保證設(shè)備間的獨立性，降低在同一頻段設(shè)備自身所產(chǎn)生的干擾，確保設(shè)備的相對獨立。為保證設(shè)備的獨立性，相應(yīng)的有關(guān)機構(gòu)和人員也應(yīng)當(dāng)努力以同樣的頻率對同步全雙工技術(shù)進行研究，并尋找可行方法提高設(shè)備的獨立性。

2.3 5G移動通信的密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動通信技術(shù)的組成部分中包含密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著十分重要的應(yīng)用價值，特別體現(xiàn)在系統(tǒng)特點上，通過協(xié)調(diào)密集網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點，并且設(shè)置更多在宏基站外的天線來擴大網(wǎng)絡(luò)容量，這也是在密集室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的二個主要方面的移動技術(shù)。利用網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的空間和時間大范圍性的變化，來提高稠密網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的靈敏度，從而擴大其覆蓋范圍是5G移動通信的主要優(yōu)點。然而密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還未達到成熟，在實踐過程中仍然面臨一些技術(shù)問題，為了找到過程中遇到的問題所在，相關(guān)的工作人員應(yīng)該對技術(shù)進行更加深入的探索與研究，以便于讓稠密網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更進一步地發(fā)揮其優(yōu)勢。

2.4 設(shè)計移動云計算技術(shù)

目前，由于5G移動網(wǎng)絡(luò)時代的來臨，導(dǎo)致了人們對智能終端設(shè)備產(chǎn)品在計算能力、質(zhì)量等方面的要求也在日益增加。但對移動云計算技術(shù)產(chǎn)品而言，它主要是指目前最新的信息技術(shù)資源以及應(yīng)用信息提供方式和應(yīng)用方法，在進行產(chǎn)品設(shè)計的過程中，其核心要求就是將移動網(wǎng)絡(luò)中信息資源與云計算技術(shù)產(chǎn)品全面融合起來。在移動云端計算階段，移動設(shè)備還必須對較復(fù)雜的運算、大數(shù)據(jù)挖掘等功能給予全面集成之后，再將存儲信息傳送至云端系統(tǒng)中，如此就可以使移動設(shè)備的能源消耗程度大大降低（圖2）。此外，云計算技術(shù)還能夠為終端用戶提供相對安全、便捷的信息服務(wù)，并且基本沒有發(fā)生時間延后的問題。也因此，移動型云計算技術(shù)是5G技術(shù)的一項核心要求[4]。

圖2 云計算技術(shù)架構(gòu)及產(chǎn)品體系

2.5 大范圍的MTMO技術(shù)

對無線通信天線技術(shù)而言，它以MTMO技術(shù)為基礎(chǔ)，亦即：多路進入、多路出口的技術(shù)[5]。也就是說，可以把基站中最簡單的天線給予合理調(diào)整，從而調(diào)整為更多天線。將其所傳輸?shù)男畔⒔o予了分類、切分等，并將其劃分為若干個小份，進而可以將它和若干個雙極化天線進行聯(lián)合傳送，使發(fā)送端可以一起共享接收到更多跟雙反射天線相關(guān)的信息。當(dāng)然，還需要通過采用不同的算法將不同的網(wǎng)絡(luò)資源給予綜合、分類，這就可能增加了網(wǎng)絡(luò)資源的傳輸速率，從某種意義上來說，也可能提高資源頻譜的利用效率。由此可見，和4G的MIMO技術(shù)相對比，5G技術(shù)的MIMO技術(shù)的容量要大很多。

2.6 毫米波通信技術(shù)

毫米波通信技術(shù)也是當(dāng)前一個重要階段，是5G技術(shù)在中國移動通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的一種重要技術(shù)手段。目前毫米波通信技術(shù)應(yīng)用的重點主要是在進行微波向高頻波段的拓展，以及光波向低頻段的進一步發(fā)展。以當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)狀況而言，能夠使用的通信頻率資源是十分有限的，目前我們最常見的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所使用的頻率資源主要在3G赫茲至6G赫茲的這個區(qū)域內(nèi)。而伴隨著移動數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增加，使用者對網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的需求也愈來愈高。在移動5G技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展過程中，怎樣合理地開發(fā)頻段網(wǎng)絡(luò)資源也就成了至關(guān)重要的問題。而采用毫米波通信技術(shù)能夠達到的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過建設(shè)超密集網(wǎng)絡(luò)，拉近點到點之間的傳輸距離，實現(xiàn)快速的相鄰節(jié)點之間的信息感知，這樣就使得超密集網(wǎng)絡(luò)在進行頻段捕捉的過程中，可以有效地提升通信頻譜效率，這樣就可以大大地縮減網(wǎng)絡(luò)傳輸與下載的速度，甚至可以在幾秒內(nèi)實現(xiàn)百兆的數(shù)據(jù)傳輸。

3 5G移動通信技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 生活云端化

移動5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)極大地影響了人類的生存環(huán)境和日常生活。人類使用了越來越少的存儲器，如U盤和硬盤。云端能夠儲存和傳送很多人的大文檔信息，而不需通過互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)設(shè)備將儲存和傳送在云端的信息保存下來并傳送到云端上，而且和傳統(tǒng)的大文檔儲存方式相比，在云端上儲存和傳送大文檔的速度相對較快，并節(jié)約了大部分時間，從而大大提高了工作效率，使人們的工作和生活都非常輕松，且和云擴散有關(guān)的產(chǎn)業(yè)也獲得了大力推廣，比如，遠程醫(yī)院和智慧家居。通過5G移動技術(shù)的這些成功應(yīng)用，讓人們的日常生活變得更加舒適，給人們帶來了更多的愉悅與滿足。

3.2 5G移動通信系統(tǒng)更加智能化

智能科技發(fā)展得越來越快。更多的行業(yè)都在不同的產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用了智能科技。移動5G通信技術(shù)公司也通過智能技術(shù)來提升5G移動技術(shù)在處理海量數(shù)據(jù)時的品質(zhì)與效能。此外，用戶在使用五G移動技術(shù)時，也更加重視使用感受，從而克服了實際應(yīng)用中遇到的信息穩(wěn)定性差與傳輸速率緩慢的問題，這也表明了5G移動通信技術(shù)已經(jīng)越來越智能。

3.3 室外信號的利用率大幅提升

為了進一步擴大5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，進一步改善內(nèi)外信號，典型的分布式應(yīng)用方法是應(yīng)用最廣泛的室外分布式天線技術(shù)，其基本組成部分是眾多的天線單元。運營商需要從現(xiàn)實出發(fā)，加強對網(wǎng)絡(luò)使用的監(jiān)控，盡可能降低能耗，從而降低運營成本，在一定程度上減輕5G移動用戶的經(jīng)濟負擔(dān)。

3.4 今后5G移動通信技術(shù)的運行重心

5G通信網(wǎng)絡(luò)逐漸將突破性的點對點傳輸和信道編碼轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘤脩舳嗵炀€傳輸模式[6]。就用戶體驗作為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心要素而言，這是運營商增加用戶支持的必要手段。它也代表了當(dāng)前5G移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。鑒于5G網(wǎng)絡(luò)正在進行改革和升級，因此，有必要進一步加大信息傳輸延遲、對虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及其他公司的投入。目前，由于大多數(shù)的遠程互聯(lián)網(wǎng)都屬于中低頻頻譜資源，因此5G移動互聯(lián)網(wǎng)能夠明顯提升頻率資源的使用率。通過無線信息技術(shù)和先進信息技術(shù)的充分融合，無線光纖組合等關(guān)鍵技術(shù)能夠克服無線設(shè)備擴散能力不足等各種問題，并能夠整合大量的頻率資源，從而明顯提升利用率。

4 5G移動通信技術(shù)在通信工程中的運用

4.1 在通信工程建設(shè)中5G移動通信技術(shù)的運用

5G移動無線試點城市發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)分析表明，在未來的通信項目中使用5G技術(shù)，不但能夠增加互聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍，還可以優(yōu)化用戶的使用感受，從而提升使用者的信心。由于目前無線通信技術(shù)仍然是基于基站構(gòu)建星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這將花費更多的時間和成本，同時，根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)，更難以針對即時消息。5G通信技術(shù)使用終端設(shè)備和用戶側(cè)之間的直接連接進行數(shù)據(jù)通信，這不僅能夠在相對較短的距離上進行數(shù)據(jù)傳輸，而且還進一步減少了中間節(jié)點的數(shù)量，因為這樣使終端和用戶之間能夠更及時地進行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)通信速度再次達到更高水平。傳統(tǒng)的信息技術(shù)運營商也往往需要建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來完成信息技術(shù)的發(fā)展，但它也容易利用許多網(wǎng)絡(luò)資源。5G技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，不僅可以有效地降低工程成本，從而大大減少在信息和通信上花費的時間，使選擇更加自由、結(jié)構(gòu)也更加豐富、途徑也更加多樣化，從而構(gòu)成了一個綜合性的信息通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集，并由此實現(xiàn)了中國網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展與革新。

4.2 在智能通信領(lǐng)域中的運用

與4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，5G通信技術(shù)具有更高的智能化水平，這一特點決定了5G技術(shù)在現(xiàn)代信息通信技術(shù)中具有更強大的適應(yīng)性。在信息和通信工程中引入了5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能夠讓互聯(lián)網(wǎng)的傳輸速率與服務(wù)質(zhì)量都得以有效提升。而由于當(dāng)前人類社會生活對智慧和信息化技術(shù)的需求也越來越增強，以這一需要為出發(fā)點，5G通信技術(shù)不但可以應(yīng)用在移動終端等手機電子設(shè)備中，還可以應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中，以便于將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人類的日常生活更良好地融合在一起，例如它將能夠廣泛應(yīng)用于城市路燈、電子顯示牌等公共設(shè)施中，對其實施智能改造，從而帶來了城市建設(shè)中更多的人性化與智能元素。

此外，5G技術(shù)在信號傳輸速率、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等方面也具有很大優(yōu)越性。在信息通信工程中，智慧城市工程同時也是非常關(guān)鍵的工程項目，通過5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就可以達到無人機監(jiān)控城市交通和車輛智能行駛等目標(biāo)，所包含的技術(shù)主要有物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和云端平臺技術(shù)和人文資源信息系統(tǒng)綜合技術(shù)等。而智能城市交通建立的首要過程就是全面了解其基礎(chǔ)架構(gòu)部分。人們在主觀上可以將其劃分為城市感知層和基礎(chǔ)業(yè)務(wù)層，人們也可以更客觀地將其劃分為大數(shù)據(jù)分析運算層、信息傳播通信層和智能應(yīng)用層。要進一步完成對信息網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，就有必要盡早地在整個互聯(lián)網(wǎng)上全部覆蓋5G技術(shù)。讓消息的傳遞能夠變得更加迅速、準(zhǔn)確、可信、安全。

5 結(jié)語

綜上所述，移動通信技術(shù)不僅涉及人與人之間的消息傳輸，同時還涉及物與物之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而可以使人與物之間的信息交流需要得以極大地解決。隨著中國現(xiàn)代通信事業(yè)的發(fā)展越來越成熟，其需要量也越來越增大，使得相關(guān)的科研人員在對5G移動通信技術(shù)進行設(shè)計與研究的過程中，必須以前瞻的視野來看待其實際應(yīng)用及其發(fā)展前景，并同時結(jié)合其技術(shù)特點與應(yīng)用優(yōu)勢進行研究，由此才能夠真正地讓5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)為人類應(yīng)用，進而對我國各個行業(yè)的全面發(fā)展產(chǎn)生著積極影響。