淺談5G核心技術(shù)的應用和發(fā)展難題

崔健

摘 要：隨著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，大量信息需要與之相匹配的處理速度，以進行信息的快速交換。換而言之，5G解決了4G在數(shù)據(jù)處理方面所遺留問題。面對海量數(shù)據(jù)處理，國家和社會對于數(shù)據(jù)處理速度便有了更高的要求，海量的數(shù)據(jù)處理需求促進了移動通信技術(shù)版本的更迭。5G作為新技術(shù)，其具有“傳輸速率的提高、延遲的減小、可持續(xù)發(fā)展性、信息容量的增加以及大型連接設備數(shù)量上的增多”五大特性。5G技術(shù)的優(yōu)勢在于，其與物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進行高度融合、是智慧型社會基礎(chǔ)建設的關(guān)鍵技術(shù)等。由于融會貫通各項技術(shù)，這可使得重型機械和生活化設備完成自行優(yōu)化和迭代、完成供應鏈與生產(chǎn)鏈的簡化和降低運營維護的成本以及加固網(wǎng)絡安全性能。

關(guān)鍵詞：5G;核心技術(shù);應用;發(fā)展

1 5G簡述及特點

5G技術(shù)是指第五代移動通信技術(shù)，是當前最新一代的成熟的通信技術(shù)，相較于原有的通信技術(shù)來說，其多方面性能有了較大的改善。以往每項通信技術(shù)的更新過程，都對我國各方面的建設有著重要的影響，人民的生活方式也產(chǎn)生了較大的改變，而5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，更好地融入了各行業(yè)，在更大程度上促進了各行業(yè)的發(fā)展。5G通信技術(shù)對時延、帶寬、連接性等方面都有提升作用，能夠為當前信息化建設提供更加便捷、有效的技術(shù)支持，也能夠在較大程度上改善傳統(tǒng)設備的形態(tài)，從根本上為人們提供便利，促進眾多行業(yè)的建設與發(fā)展。例如，5G通信技術(shù)能夠在一定程度上改變移動設備的形態(tài)，如將平板電腦等改變?yōu)榭梢耘宕鳌⑼斗诺脑O備，有效解放人們的雙手，提高設備使用效率。

5G通信技術(shù)在實際應用過程中，主要有以下幾個方面的特點：（1）能夠廣泛應用。就以往的通信技術(shù)來說，在相對偏遠的地區(qū)信號相對較差，難以保證人們的有效使用，5G通信技術(shù)以其較快的速率和較大的帶寬，有效提升了用戶的使用效果;（2）更加穩(wěn)定。5G通信技術(shù)可以應用于高速移動的設備中，例如：地鐵、高鐵等，由于其能夠提供更加穩(wěn)定的使用效果，在高速移動的設備中得到了較多的應用;（3）能夠滿足較高人流量的需求。隨著當前通信技術(shù)的普及，手機入網(wǎng)已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象，以往的通信技術(shù)使用過程中，尤其是在人流量相對較大的地方，網(wǎng)絡就會出現(xiàn)卡頓等問題，影響用戶的入網(wǎng)體驗，5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，能夠有效解決這一問題，即使是在人流量較大的車站內(nèi)，也能夠很好地滿足人們的實際需求，保證人們的上網(wǎng)體驗;（4）體系更加完善。3G與4G時代，網(wǎng)絡體系雖然在不斷完善，但更多是進行人與人之間的傳輸，而5G通信技術(shù)的使用能夠在較大程度上完善網(wǎng)絡體系，促進人與物、人與人以及物與物之間的有效網(wǎng)絡連接。

2 5G技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 標準發(fā)展

目前通訊標準是由3GPP（3 r d G e n e r a t i o n Partnership Project）制定。3GPP是全球性的通訊技術(shù)標準制定組織，由眾多會員組成。5G技術(shù)的第一版標準R15在2018年凍結(jié)，通過多個技術(shù)變革解決增強移動寬帶，大幅度提升速率。第二版本R16于2020年凍結(jié)，重點解決u RLLC（ultra-Reliable and Low Latency Communications）和m MTC（massive Machine Type Communications）場景，滿足5G在垂直行業(yè)應用需要。根據(jù)3GPP技術(shù)標準規(guī)劃，后續(xù)版本R17于2020年啟動研究，解決完成5G發(fā)展過程的問題。

2.2 我國5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2019年6月6日，工信部向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、中國廣電頒發(fā)了四張5G商用牌照，我國正式從4G進入5G時代。

國家在建設5G網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施的同時，也在積極推動5G應用的發(fā)展。2019年11月工信部印發(fā)了《關(guān)于印發(fā)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512工程推進方案的通知》，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)積極推動5G應用融合，確定了我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展目標。2020年3月，工信部印發(fā)《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》，提出在5G網(wǎng)絡建設同時，還需要繼續(xù)增強5G研發(fā)投入力度，建設更多的應用場景。

5G建設已經(jīng)成為新基建的重要領(lǐng)域，支撐經(jīng)濟社會向智能化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在促進消費投資、擴大就業(yè)機會、創(chuàng)造新型應用等方面潛力巨大。在疫情防控期間，5G在醫(yī)療行業(yè)進行了多項應用實踐，包括5G+遠程會診、5G+測量體溫等，在疫情防控中發(fā)揮了積極的作用。

3 5G技術(shù)的核心技術(shù)

3.1 新的無線電頻率

新無線電是5G技術(shù)被3GPP所創(chuàng)建的新場景，其中有FP1和FR2這兩個不同容量的頻帶。當頻率范圍小于6 GHz時，使用FR1。其最大帶寬達100 MHz，在此范圍內(nèi)，連續(xù)性頻譜是十分稀少的，而5G系統(tǒng)使用最頻繁的在3.5 GHz左右。在韓國的移動通信運營商戶中，就是運用了該頻段，此外，其也分撥了FR2的頻譜。當頻率范圍大于24 GHz時，使用FR2。其最小帶寬達50 MHz，最大達400 MHz，其雙信道復合使用是由3GPP R15所支持的。在此范圍內(nèi)，300 GHz的頻率允許5G技術(shù)使用，其隨著頻率的升高，抗其余信號干擾能力愈來愈強，因而5G技術(shù)每米可支持的移動通信設備多于4G技術(shù)近千臺。5G可以使用比4G更高的頻率，但因為這樣，5G信號則不能遠距離傳輸。于是每隔幾百米就應當設置一個5G基站，促使信號傳播的有效性。此外，由于高頻電磁波的穿透性較差，這些高頻5G信號不能輕易穿透固體障礙，如墻壁、樹木、汽車等。

3.2大規(guī)模MIMO陣列天線技術(shù)（多輸入多輸出）

大規(guī)模MIMO陣列天線技術(shù)，是多輸入多輸出技術(shù)之一。該技術(shù)運用天線數(shù)量的增加，進而擴大扇區(qū)的吞吐量和容量密度。其天線是由嵌入式無線電的收發(fā)機器組成的，可進行單獨調(diào)控。在世界上多個5G系統(tǒng)的技術(shù)性展演中，有90余個涉及了該項技術(shù)。該技術(shù)在圖像處理領(lǐng)域，使用云服務器的邊緣計算，可以減少數(shù)據(jù)擁堵和延遲等情況發(fā)生。

3.3小蜂窩基站和波束成形

小蜂窩基站是適用于在10 m～30 km內(nèi)的無線電頻譜范圍，也是一種功耗低的無線通信信號的接入點。其對于5G技術(shù)的意義重大，由于5G使用的頻率比4G高，因此，5G技術(shù)的無線電波只能實現(xiàn)近距離傳輸。而波束成形技術(shù)應用了電波來指引用戶群體，其實現(xiàn)方式是天線陣列的排列組合，以完成某給定方位的信號得以正向輸出。此外，其他方位的信號將被破壞，因而實現(xiàn)高質(zhì)量的無線通訊信號和傳輸速率。4G中的長期演進技術(shù)（LTE），結(jié)合了無線局域網(wǎng)技術(shù)（Wi-Fi）。長期演進技術(shù)帶來了科技便利，其應用范圍從蜂窩到局域網(wǎng)的聚合，再從單一化的硅設備到多種無線電信號傳輸技術(shù)共同發(fā)展。在此發(fā)展過程中，4G也從5G過渡，多種網(wǎng)絡技術(shù)的聚合與發(fā)展為廣大人民群眾帶來了低成本、低功耗與高簡化。

3.4 NOMA（非正交多址接入技術(shù)）

NOMA（非正交多址接入技術(shù)），被稱為是面向未來發(fā)展的多址接入技術(shù)。其方便了數(shù)個用戶共同享有同一時間、頻率和擴頻碼資源，其分配方式是功率分配。在該方式下的通信過程中，用戶均享有完整帶寬、低延遲和高傳輸速率的資源。在接入方式中，該技術(shù)應用了電源域管理，當面向不同的用戶時，選擇不一的功率級。

4 當前5G技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 5G要有明顯突破

現(xiàn)階段，隨著人們生活水平、生活質(zhì)量的不斷提高，讓5G技術(shù)在通信技術(shù)中脫穎而出，其代表了新的移動數(shù)據(jù)。同4G、3G、2G相比，5G的突破更大，不僅網(wǎng)絡速度會持續(xù)增加，且相關(guān)技術(shù)與器械也會進一步增強。在4G技術(shù)中用戶使用依然不斷發(fā)生問題，如信息數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量、傳輸?shù)陌踩缘取６谘邪l(fā)5G技術(shù)時，就應重視4G網(wǎng)絡問題并想法將其改變，以把技術(shù)化、先進化特征更加明顯的移動通信平臺建立起來。

4.2 5G技術(shù)的傳輸效率高，范圍覆蓋廣

如今，快速發(fā)展的社會與互聯(lián)網(wǎng)無疑均為5G技術(shù)的發(fā)展與應用提供了良好的先決條件。5G技術(shù)同3G、4G等技術(shù)技術(shù)相比，其在信息數(shù)據(jù)傳輸方面具有更快的速率，可應用于各類智能化產(chǎn)品中，快速的傳輸和處理數(shù)據(jù)、信息，讓現(xiàn)階段的諸多得到有效解決，如傳輸效率慢、數(shù)據(jù)信號不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)不安全等，把更好的體驗感帶給用戶。與此同時，不斷提升的5G技術(shù)，在一定程度上也會增強網(wǎng)絡體系，拓寬網(wǎng)絡覆蓋面，增強網(wǎng)絡影響。另外，還會增強人們在室內(nèi)的網(wǎng)絡信號，為人們的生活和發(fā)展帶去極大的便利。5G技術(shù)的發(fā)展，除了在技術(shù)上體現(xiàn)出來外，也會降低息技術(shù)的發(fā)展成本，將技術(shù)的特點結(jié)合起來，建立健全通信管理質(zhì)量，把通信成本有效降低，進而合理分配通信資源，減少一些無謂的時間、金錢及人力的損耗，促進相關(guān)單位經(jīng)濟水平的顯著提升。

5 結(jié)語

5G通信系統(tǒng)是龐雜的，它所建立的網(wǎng)絡，不但需要加快網(wǎng)絡傳輸速率，還有大帶寬、低噪聲、高效率、高可靠性等要求。在5G通信系統(tǒng)的應用中，將全面推進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，另外，5G技術(shù)對于二者相結(jié)合也有促進作用，為用戶的出行和生活方式帶來新方式和新感受。5G技術(shù)是社會進步的基石和世界貿(mào)易體系的粘合劑，必將會比4G發(fā)展更加蓬勃。

參考文獻：

[1]孔慶玉，商文宇.5G核心技術(shù)研究發(fā)展探析[J].中國管理信息化，2019， 22（19）：159-160.

[2]潘博磊.5G網(wǎng)絡新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)[J].信息與電腦（理論版），2019 （16）： 172-173+181.

[3]許婧，徐新萍.試論5G移動通信核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)[J].中國新通信，2019， 21（09）：28.

[4]卓松華.淺析5G通信的核心技術(shù)[J].中國新通信，2019，21（07）：20.