5G 移動(dòng)通信技術(shù)在通信工程中的運(yùn)用研究

鄭碩超，高 衡，王 顯

（三維通信股份有限公司，浙江 杭州 310053）

0 引 言

5G 移動(dòng)通信技術(shù)是對(duì)前一代通信技術(shù)的升級(jí)，旨在滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)通信需求，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的網(wǎng)絡(luò)容量，進(jìn)而支持高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的運(yùn)用。同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)更低的通信延遲，同步連接大量設(shè)備，滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求。5G 移動(dòng)通信技術(shù)具有低時(shí)延和高可靠性的特點(diǎn)，使其在自動(dòng)化生產(chǎn)、遠(yuǎn)程操作等方面具有巨大潛力，助力社會(huì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 5G 移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

1.1 數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)

在5G 移動(dòng)通信技術(shù)中，數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)是其中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸、低時(shí)延和多設(shè)備連接等作用。數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)通過采用毫米波通信、大規(guī)模天線陣列、多連接技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)切片以及小區(qū)間干擾協(xié)同抑制等技術(shù)，為5G 網(wǎng)絡(luò)提供更高的性能和靈活性，促進(jìn)移動(dòng)通信領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。第一，通過利用毫米波通信，數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量，從而保證數(shù)據(jù)傳輸更高速。第二，大規(guī)模天線陣列能夠幫助5G 移動(dòng)通信技術(shù)在傳輸中克服傳播障礙，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和信號(hào)質(zhì)量。第三，通過多連接技術(shù)，數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以更靈活地適應(yīng)復(fù)雜的通信環(huán)境，提供更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)性能[1]。第四，通過網(wǎng)絡(luò)切片，數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以為不同的信息軟件提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)資源分配。數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)作為5G 移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，使移動(dòng)通信能夠達(dá)到高速、低時(shí)延、大連接數(shù)等效果，推動(dòng)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和升級(jí)。

1.2 波束聚合技術(shù)

波束聚合技術(shù)是一種利用多個(gè)信號(hào)通道所形成的通信波束技術(shù)，旨在提高信號(hào)的定向性和傳輸效率，從而實(shí)現(xiàn)更可靠和高速的通信。同時(shí)利用多個(gè)信號(hào)通道，將傳輸能量集中到特定的方向，從而增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量。這種技術(shù)可以使通信系統(tǒng)在指定方向上具有更高的數(shù)據(jù)傳輸效率，并擴(kuò)大通信覆蓋范圍。通過調(diào)整天線陣列中每個(gè)信號(hào)通道的相位和振幅，從而形成傳輸波束，提升信號(hào)的定向性和傳輸效率。在移動(dòng)通信中，隨著用戶移動(dòng)或環(huán)境變化，波束聚合技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸波束的方向，以保持最佳的通信質(zhì)量。有效擴(kuò)大通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，同時(shí)降低通信的干擾和能耗，為5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)提供了更可靠和高效的通信方式。此外，在5G 移動(dòng)通信中，應(yīng)用波束聚合技術(shù)，可以使網(wǎng)絡(luò)更好地應(yīng)對(duì)高速移動(dòng)和復(fù)雜環(huán)境，讓用戶的通信需求得到滿足，為用戶提供更穩(wěn)定、更快速的通信體驗(yàn)。

2 5G 移動(dòng)通信技術(shù)在通信工程中的具體運(yùn)用

2.1 以基站為中心，實(shí)現(xiàn)通信轉(zhuǎn)接

在通信工程中，5G 移動(dòng)通信技術(shù)是其一個(gè)重要分支，應(yīng)用時(shí)要以基站為中心，實(shí)現(xiàn)通信轉(zhuǎn)接?；驹诰W(wǎng)絡(luò)中起著關(guān)鍵的作用，負(fù)責(zé)管理和轉(zhuǎn)接通信流量，以確保用戶間實(shí)現(xiàn)有效通信。首先，在5G 網(wǎng)絡(luò)中，基站通常會(huì)被部署在各種地理位置，如城市中心、郊區(qū)、鄉(xiāng)村地區(qū)等，通過多位置部署基站，可以確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣泛，并為用戶提供穩(wěn)定的通信服務(wù)。其次，基站在通信轉(zhuǎn)接方面起到關(guān)鍵的作用，當(dāng)移動(dòng)用戶進(jìn)行通信時(shí)，基站負(fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)發(fā)通信數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，最終傳輸至目標(biāo)用戶。再次，基站通過信號(hào)處理技術(shù)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理和解碼，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性，主要是采用解碼調(diào)制、誤碼率檢測(cè)、信道編碼等步驟，對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行處理[2]。最后，基站負(fù)責(zé)對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的用戶進(jìn)行控制和管理，通過識(shí)別技術(shù)，驗(yàn)證用戶身份，并對(duì)用戶分配資源，以確保網(wǎng)絡(luò)資源得到有效利用，為用戶提供良好的通信質(zhì)量。此外，基站在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面扮演著重要角色，它可以通過調(diào)整天線方向、功率控制、頻譜分配等方式來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，提高通信質(zhì)量和覆蓋范圍。隨著現(xiàn)在移動(dòng)用戶的增加，為優(yōu)化移動(dòng)通信信號(hào)，那么基站就需要實(shí)時(shí)管理用戶的位置信息，以確保用戶在移動(dòng)過程中，可以實(shí)現(xiàn)通信的連續(xù)性和穩(wěn)定性?；咀鳛?G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著多項(xiàng)重要任務(wù)，包括通信轉(zhuǎn)接、信號(hào)處理、接入控制、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及移動(dòng)性管理等，以確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，提升用戶體驗(yàn)。

2.2 加強(qiáng)智能化數(shù)據(jù)處理

在通信工程中，5G 移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用讓社會(huì)各行業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸速度得到提升，增強(qiáng)社會(huì)智能化水平。在應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)的時(shí)候，需要加強(qiáng)智能化數(shù)據(jù)處理，以更有效地應(yīng)對(duì)比較復(fù)雜的通信場(chǎng)景。通過在基站或網(wǎng)絡(luò)邊緣部署移動(dòng)通信資源，5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)處理和決策，進(jìn)而降低時(shí)間延遲，提升響應(yīng)速度，為信息軟件提供移動(dòng)通信保障。例如，在車輛中應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)，就可以達(dá)到智能車輛的效果。利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，5G 網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的分析和預(yù)測(cè)，如開展用戶行為預(yù)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)擁塞預(yù)測(cè)等，以優(yōu)化資源分配，為用戶提供更個(gè)性化的服務(wù)[3]。通過智能調(diào)度算法，5G 基站可以根據(jù)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀況和用戶需求，動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源，有助于提高網(wǎng)絡(luò)容量、降低干擾，并優(yōu)化通信質(zhì)量。

智能化數(shù)據(jù)處理可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域中，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)的異常行為，然后系統(tǒng)就可以通過智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對(duì)異常行為進(jìn)行分析、防護(hù)以及反擊，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)采用自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過智能算法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)配置、優(yōu)化和修復(fù)，就能夠大大減少人工干預(yù)，提高網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性和可管理性。此外，智能化數(shù)據(jù)處理也可以用于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)切片，根據(jù)應(yīng)用需求和服務(wù)質(zhì)量來及時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，為用戶提供更靈活、定制化的服務(wù)。綜合而言，通過加強(qiáng)智能化數(shù)據(jù)處理，5G 移動(dòng)通信技術(shù)可以更好地應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜的通信環(huán)境，為社會(huì)提供更高效、安全且智能的通信服務(wù)。

2.3 海量設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

由于5G 移動(dòng)通信技術(shù)自身的特點(diǎn)，其在設(shè)備上的應(yīng)用比較廣泛，可以實(shí)現(xiàn)海量設(shè)備的連接。5G 網(wǎng)絡(luò)可以支持傳感器、智能設(shè)備、無人機(jī)等各種大規(guī)模設(shè)備連接，提高社會(huì)智能化應(yīng)用效果。通過5G 網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)高效的連接和通信，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)。設(shè)備通過5G 網(wǎng)絡(luò)，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫嘶驍?shù)據(jù)中心，進(jìn)行處理和分析。5G 移動(dòng)通信技術(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸和低延時(shí)等特點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)可以及時(shí)、可靠地傳輸，滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。而且基于5G 網(wǎng)絡(luò)，可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制各個(gè)大規(guī)模設(shè)備，用戶可以通過5G 移動(dòng)通信技術(shù)，建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。例如，利用5G 移動(dòng)通信技術(shù)，對(duì)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，人員在百米外，通過監(jiān)控平臺(tái)對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)的效果。5G 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使得大量設(shè)備得到連接，形成物聯(lián)網(wǎng)，在這一過程中就會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，那么就需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而提取出有用的信息。這些數(shù)據(jù)可以在云端或邊緣計(jì)算平臺(tái)上進(jìn)行處理，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與預(yù)測(cè)分析[4]。

基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，可以開發(fā)各種智能化的服務(wù)。例如，利用5G 移動(dòng)通信技術(shù)連接家庭中的一些智能電器，形成物聯(lián)網(wǎng)，人員可以利用遙控等手段，智能控制這些智能電器。通過5G 網(wǎng)絡(luò)，一些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互和響應(yīng)，為用戶提供更便捷、智能的生活和工作體驗(yàn)。其中需要注意的是，在物聯(lián)網(wǎng)的使用過程中，需要保證數(shù)據(jù)的安全性，5G 移動(dòng)通信技術(shù)為其提供多種安全機(jī)制，如身份認(rèn)證、加密傳輸?shù)?，確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全性與隱私保護(hù)。

2.4 連接各設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能領(lǐng)域

5G 移動(dòng)通信技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。由于5G 網(wǎng)絡(luò)自身的低時(shí)延特性，使得工業(yè)設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。實(shí)時(shí)通信功能對(duì)于需要高度協(xié)同和精準(zhǔn)控制的工業(yè)領(lǐng)域非常重要。例如，在遠(yuǎn)程機(jī)器人操作、自動(dòng)化生產(chǎn)線中，利用5G 移動(dòng)通信技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度的效果。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，包括高清視頻、傳感器數(shù)據(jù)等。5G 移動(dòng)通信技術(shù)利用自身大數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，高效、快速地在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸這些數(shù)據(jù)，促進(jìn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)智能化。例如，在智能制造領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)需要高帶寬支持，這樣才能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制和協(xié)同操作。因此，要將工業(yè)機(jī)器人和5G 移動(dòng)通信技術(shù)聯(lián)合使用，使得工業(yè)機(jī)器人的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到1.25 Gb/s，保證工業(yè)機(jī)器人在工作中能夠及時(shí)聽從指令，高效地完成工作。

通過5G 的大帶寬，工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)傳輸高清視頻流和傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整。這種實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控至關(guān)重要，特別是在需要高精度、高效率的生產(chǎn)環(huán)境中，可以保證工業(yè)生產(chǎn)更加高效。在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)，可以讓工業(yè)制造過程更加智能、靈活，并且響應(yīng)迅速[5]。

此外，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也涉及大量的傳感器和設(shè)備，這些設(shè)備需要可靠的連接和通信。5G 網(wǎng)絡(luò)支持大規(guī)模設(shè)備連接，為工業(yè)設(shè)備的智能互聯(lián)提供強(qiáng)大的基礎(chǔ)。5G移動(dòng)通信技術(shù)也與機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能進(jìn)行了結(jié)合，使得工業(yè)設(shè)備可以進(jìn)行智能決策和學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)、生產(chǎn)優(yōu)化等。通過數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練，來提高工業(yè)生產(chǎn)效率。總之，5G 移動(dòng)通信技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用，為工業(yè)發(fā)展提供關(guān)鍵支持，同時(shí)推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)模式的智能化、高效化以及可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié) 論

對(duì)5G 移動(dòng)通信技術(shù)在通信工程中的運(yùn)用進(jìn)行分析，不僅可以提升通信的效率，還能推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，提升用戶體驗(yàn)。在具體運(yùn)用的過程中，主要是從通信連接、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備連接、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等方面入手，保證5G 移動(dòng)通信技術(shù)的運(yùn)用更加完善，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。