5G無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀思路探究

廈門四信通信科技有限公司 葉順林

1 5G通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

我國無線通信行業(yè)在近年來飛速發(fā)展，5G無線通信技術(shù)也迎來了商用階段。作為當前最先進的移動通信技術(shù)，其表現(xiàn)出傳輸速度快、安全性高、穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)勢，有效滿足了人們的日常生活需求。

2 5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

以數(shù)據(jù)流量為主要特征的大數(shù)據(jù)時代下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，如今我國通信網(wǎng)絡(luò)在傳輸速度和傳輸質(zhì)量不斷提升，從單一模式向多元化模式轉(zhuǎn)變，主要技術(shù)如下：

2.1 MIMO技術(shù)

應(yīng)用5G無線技術(shù)期間關(guān)鍵在于無線接入技術(shù)的應(yīng)用，在通信過程中強化低節(jié)點數(shù)量十分關(guān)鍵，通過密集型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠增強數(shù)據(jù)流量。MIMO技術(shù)是無線線路頻譜技術(shù)的代表，具有巨大發(fā)展?jié)摿?。早期MIMO技術(shù)只能單點之間傳輸，在發(fā)射端以及接收端天線設(shè)備協(xié)作下保證傳輸效率，如果傳輸網(wǎng)絡(luò)無法發(fā)布數(shù)據(jù)，5G通信技術(shù)可解決這一問題，也就是通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化資源配置。當前我國開始對天線集中分布技術(shù)進行研究，使管線系統(tǒng)加以完善，進一步提升5G通信技術(shù)應(yīng)用價值。

2.2 D2D技術(shù)

該技術(shù)的出現(xiàn)同樣深刻影響5G通信技術(shù)發(fā)展，優(yōu)勢在于完善了蜂窩系統(tǒng)，讓流量數(shù)據(jù)顯著增強，實現(xiàn)了資源精簡，并且減少了外界因素對5G網(wǎng)絡(luò)的不利影響，由此提升信息傳輸效率。此外，通過D2D技術(shù)能夠節(jié)約信息傳輸成本。需要指出的是，在該技術(shù)利用過程中需要處理好通信即時性以及無線資源管理的關(guān)系，以此確保D2D技術(shù)在5G通訊網(wǎng)絡(luò)中更好應(yīng)用。

2.3 在安卓系統(tǒng)中的應(yīng)用

當前國內(nèi)智能終端系統(tǒng)當中，安卓系統(tǒng)應(yīng)用十分普遍。安卓系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)涵蓋應(yīng)用程 序結(jié)構(gòu)層、運行層、內(nèi)核層，5G網(wǎng)絡(luò)納米技術(shù)能夠讓硬件和內(nèi)部文件分離，設(shè)置在系統(tǒng)內(nèi)核層，然后通過密碼設(shè)置以及增強加密等級提升系統(tǒng)安全性。此外，5G通信技術(shù)可以憑借高傳輸效率特征，讓云端存儲硬件得到驅(qū)動，由此縮減存儲數(shù)據(jù)信息空間。

2.4 對毫米波的應(yīng)用

從我國無線通信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)發(fā)展情況來看，隨著低頻段頻譜資源的應(yīng)用導致低頻帶無線通信系統(tǒng)難以滿足人們通信需求，所以需要尋求全新的頻譜資源，進而滿足5G信息通信傳輸需要。毫米波具備海量的頻譜資源，可滿足5G無線通信傳輸需求，毫米波波長介于微波以及紅外波段之間，并且波長和尺寸呈正相關(guān)關(guān)系，所以毫米波元器件尺寸要比傳統(tǒng)微波器件尺寸更小。在5G基站建設(shè)期間可利用毫米波技術(shù)滿足大規(guī)模天線陣列建設(shè)，之后借助預(yù)編碼技術(shù)滿足大規(guī)模MIMO系統(tǒng)建設(shè)，由此減少外界磁場帶來的信號干擾。不過毫米波通信技術(shù)應(yīng)用過程中容易受到大氣降水等外界因素影響，并且線路損耗較大，所以還需要借助波束成形技術(shù)提升毫米波通信可靠性。

2.5 波束成形技術(shù)

這是一種傳統(tǒng)的天線技術(shù)，也是軍用雷達主要的信號接收技術(shù)。由于無線通信技術(shù)應(yīng)用會受外界因素干擾，所以必須通過技術(shù)性措施提升信號抗干擾能力。利用毫米波技術(shù)通信時傳輸距離和信道質(zhì)量會受一定影響，借助波束成型技術(shù)可解決這一問題。此外，5G通信技術(shù)應(yīng)用期間需要配置數(shù)量較多的天線陣列，其信號向不同方向傳播，會出現(xiàn)信號功率損失情況，借助波束成形技術(shù)可以進行天線信號加權(quán)合成處理，讓信號向指定方向傳輸，提升信號抗干擾能力。目前波束成形技術(shù)應(yīng)用過程中主要問題在于設(shè)備成本偏高，波束難以快速對準用戶，所以今后需要繼續(xù)加強該技術(shù)研究。

3 5G無線通信關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

3.1 建筑塔吊遠程監(jiān)測方案

在建筑行業(yè)飛速發(fā)展的背景下，對建筑機械的需求也越來越大。塔吊作為建筑施工不可或缺的設(shè)備，在實際應(yīng)用中能夠有效提升施工效率，不過也存在著諸多安全隱患，并且目前建筑行業(yè)存在距離遠、布線難、缺乏智能感知等問題，影響了現(xiàn)場管理質(zhì)量。新時期可以對5G技術(shù)加以利用，通過無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)有效提升系統(tǒng)可靠性和安全操作水平，并且能夠通過遠程管理實時監(jiān)控運營狀況，及時開展維修保養(yǎng)工作（如圖1）。通過多種類型接口能夠連接串口設(shè)備、WIFI設(shè)備，以太網(wǎng)設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。整個系統(tǒng)優(yōu)勢如下：其一，借助多天線設(shè)計提升網(wǎng)絡(luò)收發(fā)能力；其二，利用WDT雙看門狗設(shè)計提升系統(tǒng)穩(wěn)定性；其三，支持本地數(shù)據(jù)存儲，避免數(shù)據(jù)丟失。

圖1 建筑塔吊遠程監(jiān)測系統(tǒng)

3.2 急救120車載體征監(jiān)測方案

在醫(yī)療救護領(lǐng)域，搶救病人的關(guān)鍵在于短時到達現(xiàn)場，通常通過撥打120急救熱線獲取幫助，不過這一過程中將病人院往醫(yī)院救治也需要一定時間。當病人出現(xiàn)特大病癥需要及時和醫(yī)生溝通，然而遠程醫(yī)生無法了解病人的生命體征，所以難以準確把控病情，該情況下需要在病人運往醫(yī)院之前將全部生命體征傳輸?shù)?20急救共享平臺。而5G網(wǎng)絡(luò)下能夠確保病人生命監(jiān)測體征和視頻畫面的實時傳輸，有利于制定科學的救治方案，遠程指導醫(yī)生進行救援處置。5G技術(shù)下的120車載體征監(jiān)測方案如下：其一，通過5G網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接急救車的生命體征，監(jiān)測儀、攝像頭、呼吸機，然后采集數(shù)據(jù)，并通過5G網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)?20共享平臺，其二，120共享平臺通過5G網(wǎng)關(guān)的攝像頭查看急救車上病人情況，由此掌握病人生命體征；其三，120共享平臺對接各大醫(yī)院系統(tǒng)，能夠把急救車上病人情況共享，然后接診醫(yī)院快速制定治療方案。在該方案下由于急救車配備GPS系統(tǒng)，能夠隨時定位救護車，分析車輛行駛速度、方向。實時監(jiān)控區(qū)域位置，通過救護車上的音視頻設(shè)備共享到接診醫(yī)院，然后醫(yī)院的醫(yī)護人員及時了解病人的各項生理參數(shù)，也有利于醫(yī)院及時進行醫(yī)護人員調(diào)度，運輸病人的途中也能夠通過5G網(wǎng)絡(luò)進行遠程診斷和初級看護，由此爭取搶救時間（如圖2）。

圖2 急救120車載體征監(jiān)測系統(tǒng)

3.3 自動駕駛

我國汽車行業(yè)也在近年來飛速發(fā)展，并且當前汽車生產(chǎn)企業(yè)也在加強對自動駕駛技術(shù)的研究，這一過程中離不開5G通信技術(shù)支持。在實際行駛過程中，車輛可自動判斷障礙物、紅綠燈，并且汽車反應(yīng)速度較快，可有效提升自動駕駛安全性。整體來看，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的打造離不開5G通信技術(shù)，隨著5G通信技術(shù)與汽車制造業(yè)的結(jié)合將進一步推動我國汽車制造業(yè)的發(fā)展。

3.4 遠程醫(yī)療

當前5G通信技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用中取得良好效果，實現(xiàn)了遠程醫(yī)療，表現(xiàn)為在通信技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)了諸多新型醫(yī)療技術(shù)，這一過程中5G通信技術(shù)通信可為遠程醫(yī)療提供技術(shù)條件，便于醫(yī)生遠程掌控患者病情。在5G遠程醫(yī)療模式下，醫(yī)護人員可準確傳輸患者治療圖片與視頻，幫助醫(yī)師遠程會診，讓患者短時間得到高效治療，避免錯過最佳治療時機。此外，5G通信可實現(xiàn)多個用戶終端在線連接，由此幫助專家突破時間和空間上的制約（如圖3）。

圖3 5G通信技術(shù)下的遠程會診

結(jié)束語：綜上所述，整體看來，5G通信技術(shù)具有超高接入密度、超低時延特點，可以為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的通信體驗，并且該技術(shù)已經(jīng)用于視頻會議和智能家居，還在建筑塔吊、急救120、遠程手術(shù)、無人駕駛、無人環(huán)衛(wèi)車等方面得到了應(yīng)用，今后還將繼續(xù)優(yōu)化人們的生活，推動社會發(fā)展。