5G通信場景及關鍵技術研究

雷 園

（陜西省人民醫院，陜西 西安 710068）

0 引 言

5G通信是一項具有里程碑意義的技術，是中國在核心技術的基礎架構上取得的重大突破。5G通信技術的應用標志我國通信技術進入了一個全新的時代，使用的技術也更加的先進，相較于以往的通信技術有著更大的優勢，保密性與傳輸速度都是以往技術無法相比的，滿足了現代用戶的大部分需求。并且隨著5G網絡的普及，許多以5G網絡為基礎的新型理念在蓬勃發展，如物聯網、遠程操控等，都是利用了5G網絡速度快、延遲低等特點，將助力中國經濟更加快速的發展。各種以5G網絡為基礎的理念也同時在以不同的方式回饋社會，如智慧城市、遠程會診以及醫療等。

1 5G通信技術的特點

5G通信技術同4G通信技術有根本區別，5G通信技術有著更好的科技體驗以及更前沿的設計理念，增加了新的技術，有著更加廣闊的應用市場[1]。在上游連接移動通信基礎設施，包括基站系統與網絡架構等，由中游的運營商進行運轉并與用戶連接，然后各個下游廠商可以利用5G通信技術在各個領域發展。現在比較流行的5G商用模式包括自動駕駛、物聯網、遠程醫療等。除了在開發的智能設備外，在5G通信技術的推動下，新的應用正在不斷被開發，且規模不斷增長。不同設備之間有著不同甚至互相沖突的需求，所以需要5G網絡同時支持不同設備的連接需求，并提供極快的連接速度與較低的連接成本。

1.1 技術應用理念

隨著通信技術的不斷發展，未來將會是一個可編程的時代。在傳統的4G時代，是人與人之間的聯系，而未來，更多的是人與物或者物與物互聯的需求。傳統的通信技術無法滿足未來社會發展的要求，5G技術為了滿足未來用戶需求而進行了相應的改變，從基礎架構的改變到上層建筑的體驗升級，5G通信技術將會給用戶帶來一個全新的體驗。同時匹配當今高速發展的經濟，符合現代發展，這也是5G通信技術較為前衛的設計思想，帶給通信技術領域全新的發展，能夠滿足用戶的最新需求。5G通信技術的方向就是進行無線網絡全覆蓋，讓用戶有著不一樣的體驗，打破常規，進一步更新換代，跟隨時代的腳步。

1.2 通信技術發展

通信技術隨著人類社會交流的需求而發展。無線通信技術由2G技術逐漸發展而來，無論是技術還是通信水平都在逐步提高，與以往有著較大的差別。現在發展到了5G通信，這將會是人類目前為止最安全、最穩定、最快速的通信技術。它融合以往幾代的優點同時進行了相應的改變，彌補了以往幾代的缺點，設計理念也由以前服務于個人轉變為無線網路全覆蓋，旨在推動萬物互聯。5G技術增加了人工智能的科技，使得科技感更足，更加智能化，水平得到大幅度提升。

1.3 傳輸速度提高

現代經濟的發展要求速度快、保密性強等，這也是用戶的需求。5G通信技術通過更加先進的技術與基礎架構能夠為用戶提供快捷安全的網絡通信，滿足用戶對通信網絡的需求。通信技術從2G開始，每一次的更新換代都是速度提升的開始，已經延續到了第五代，速度得到了全面提升，這也是時代的變化。跟隨時代的腳步，滿足當下快節奏的生活模式。

1.4 節能環保效率提高

現在做任何事情都講究效率的高低，人們對效率的要求很高，尤其在辦公時，希望通信設施能夠帶給其高效率，這也是當今時代的特征。5G通信技術的研發就是跟隨時代而產生的，改變了以往的模式，有了新的設計理念，并且傳輸速度更快捷、保密性更強，有了更快的傳輸速度就會帶來更高的效率。5G通信的利用率可以說是從2G通信技術發展以來最高的，采用先進的科技保障信號的流暢性，通信水平得以提高，效率更好，并且5G通信技術采用的技術非常節能，損耗較小。

1.5 集成化程度高

在物聯網飛速發展的今天，萬物互聯已經成為時代的主流。傳統的4G通信技術基礎架構面向移動寬帶，能夠在較低的延遲下傳輸圖片等信息。但在萬物互聯的時代，4G通信技術的延遲是不能忍受的。而通過5G網絡的特點分析可以發現，其相對于4G網絡有了質的提高，無論是傳輸速度還是傳輸帶寬上都比4G要提升不少。因此，在5G網絡的加持下，消費者可以通過手機終端以接近無延遲的狀態連接其他設備，將不同的設備集成到一臺設備上控制，優化用戶體驗。并且5G應用融合發展也成為一種趨勢，在未來，萬物之間的聯系將會更加緊密，各個設備之間的交互也會變得更加簡單。

2 5G通信技術

2.1 有源天線陣列

有源天線列陣也可以稱為5G多天線傳輸技術，其目的是為了提升5G通信技術的效率，利用頻譜資源進行5G通信技術的傳播，能夠有效減少資源的損耗、提升傳輸效率、保障5G傳輸的穩定性。有了該項技術就不會出現在惡劣環境下斷網的情況，有效保證了網絡的流暢性。當一根傳輸線出現問題時不會影響整體的傳輸，而且降低了維修成本，投入小，還可以擴大5G通信的覆蓋范圍，使之有了更廣闊的覆蓋面積和發展空間，滿足用戶們的高需求[2]。

2.2 多入多出技術

在通信中，人們最希望的是有穩定的頻率，5G通信技術采用了多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術，主要目的就是保證通信的穩定，在接收和發出裝置上增加接收器，這樣一來就可以保持穩定的功率，也保障了資源的利用更加合理[3]。優化MIMO技術的裝置，使其變得更加高效簡潔，還有一個優點就是可以避免其余雜音對信號的干擾。

2.3 全服務化設計

5G技術開發的目的是解決用戶對于網絡的需求，主要服務于用戶，使得用戶有全新的體驗。但是每一位用戶的需求都不一樣，如何滿足眾多用戶的需求，5G通信技術與其他幾代通信技術的差別就在此，為滿足每一位用戶的特點支持按需調用，獨立化設計也體現出其特點所在，實現功能重構，不再只是傳統的功能模式，而是更加人性化，功能也更加的多樣化。多樣化的功能也展現出5G通信的全服務特點，這會使得5G的服務系統更加豐富，有利于5G系統的全面發展，使得5G通信技術深入人們的生活，讓人們感受到5G通信技術的存在，更有利于通信設備的更新換代。

2.4 認知無線電網絡技術

認知無線電（Cognitive Radio，CR）網絡技術也可以稱為無線電網絡技術，其目的是改善5G通信技術的通信狀態。隨著通信需求不斷增加，人們對于通信技術的通信狀態要求也在不斷提升。如果出現通信狀態不穩定的情況，則會對人們的工作和生活帶來影響，因此人們希望通信設備的通信狀況良好并且流暢。5G通信技術中所采用的CR技術就可以幫助通信，使得通信更加的穩定。其主要目的是盡可能減少外界干擾，使5G網絡能夠穩定運行，改善前幾代通信不夠穩定的問題。同時，CR技術還可以對5G通信進行協調，減少沖突，以此來保證5G通信的暢通。有了穩定的通信，使得5G有更好的發展空間，滿足當下經濟的發展和穩中求進的需求，有利于5G進一步發展。

2.5 新型的分配技術

傳統通信技術的分配操作相對復雜，且只有單純的輸入與輸出，都依靠操作員進行操作。分配較為不均勻，傳輸的速度相對較慢，使用的人數較多時還會導致系統崩潰。現如今，通信技術已經發展到第五代，功能已經全面更新，配有新型的分配系統，傳輸的速度明顯提升。5G通信技術不再只是單純的輸入和輸出，而是將操作的步驟簡化、融合新科技。5G通信網絡有了新的操作方式，使得網絡分配變得更加合理，不再只是隨機分配，減少人使用時出現網絡崩潰的現象。此外，網絡的合理分配可以減少資源浪費，使得資源利用更加合理，這也滿足了用戶們的需求。重新構建網絡框架，打破傳統的方式，更能體現5G通信的先進性，滿足更多人的需求，擴大5G網絡的發展空間。

3 增強5G通信的技術的方案

3.1 增加基站數量合理布局

基站對于通信技術來說相當重要，是實現5G網絡覆蓋的基礎。合理的基站布局能夠在提升5G網絡覆蓋的同時減少資源消耗。根據國家的發展需求，基站的建設需要以城市為服務中心，逐漸向周圍覆蓋。合理規劃，以人口分布與實際需求出發，建設基站，構建完整的5G基站建設體系。在城市中心以及繁華地段需要建設多個基站以保障在高人口密度下的實際用網需求；在遠離城市的地方可以適當建設基站，以減少資源的投入。同時可以通過大數據等技術分析不同地域間的用網需求，以求資源利用效率的最大化。

3.2 無線網絡技術

在5G網絡被研發出來之前，傳統通信網絡中的有線網絡具有速度快、傳輸帶寬大等特點。在很多應用領域都是以有限傳輸為主要的傳輸手段。但是有線傳輸受網線的約束，在空間上不如4G通信技術的無線傳輸方便，但4G通信技術的傳輸速度無法滿足用戶的需求。對此，5G網絡結合了二者的優點，有效規避了二者的缺點。在保障極快傳輸速度的同時使用戶能夠擺脫空間上的限制，用戶能夠在任意地點使用5G網絡實現高速上網。隨著5G網絡的不斷覆蓋，萬物互聯的時代也將到來。

3.3 進行軟件方面的優化

軟件層面的調度也在一定程度影響了5G網絡的使用效率，這一點可以從不同手機廠商的5G體驗中感受到。相同的5G芯片在不同的廠商手里，由于調度策略不同，體驗的感受也有所差異，因此要增強5G通信技術不僅需要在硬件層面做努力，同時也需要在軟件層面對5G芯片的功能調度邏輯進行優化，通過合理的場景分析進而使用最合適的調度方式。既能提高5G網絡的利用率，同時也能延長5G芯片的使用壽命，避免其長時間處于高負荷狀態，或由于調度不足而影響使用體驗。

4 5G通信應用場景

4.1 運用光場相機以及監控防護

現如今，5G通信技術已經開始應用于人們的生活，如光場相機以及監控領域。光場相機是如今最受歡迎的拍照方式，這是因為利用光場相機拍照不需要進行對焦，只需要將待拍照物品放在焦距范圍內即可。這種方式大幅度減少了拍照過程，使拍照變得更簡單。但是光場相機存在一個問題，即儲存空間較小，并且傳輸的速度慢。而5G通信技術的傳輸速度快且存儲空間大，與光場相機結合可以避免光場相機原本的問題，并且對于光場相機的發展也極其有利。監控所拍攝的畫面需要長久保存，但是傳統的監控儲存小，需要定期進行刪除以防卡頓，5G通信技術的優點是儲存空間大，用于監控領域恰好可以彌補監控設施的缺點。

4.2 運用于智能終端

5G通信融合了AI智能技術，能夠遠程操控設備。現在的移動智能終端采用的都是安卓系統，內部由高到低分為4層，每一層的功能不一樣。5G通信用于遠程控制被放在系統內核層，可以有效地對機械設備進行遠程控制，優化移動智能終端，使得控制機械設備更加方便快捷。并且5G通信技術的加入還使移動智能終端的保密性加強，有利于保護使用者的個人隱私，大幅度增強了安全性[4]。此外，現在工業快速發展，對于移動智能終端的需求也變高，5G通信的融入使得現在的移動智能終端變得更加的先進與方便，減少了人力資源，節約成本。

5 5G通信技術的未來發展

如今，5G網絡通信技術一直都是世界各國爭奪的技術高地，而各國在爭奪過程中的良性競爭將會在一定程度上促進5G網絡的蓬勃發展。隨著5G網絡的不斷發展，5G應用所帶來的市場經濟效益一定會顯著高于4G[5-7]。對于現階段的中國以及世界上各個掌握5G技術的國家來說，5G的市場還處于一個藍海的狀態，各個國家都需要加緊發展5G網絡技術。

現階段，萬物互聯已經有了基本雛形，物聯網同時也在穩健發展，未來將激發5G市場的活力，牽動5G技術的發展。在大力發展5G網絡的同時也要積極開拓5G的應用[8]。持續推動5G在視頻轉播、物聯網、工業互聯網以及車聯網等領域的應用，以市場的需要倒逼5G的發展。尤其在VR領域，是目前為止最具科技感的產品，5G網絡的出現在很大程度上緩解了由于4G網絡延遲而帶來的眩暈感，并且在無人駕駛和遠程醫療等方面也都能看到5G的影子[9,10]。

6 結 論

5G時代已經來臨，其設計理念更加先進，通信水平大幅度提高，更加的方便快捷，傳輸速度更快，保密性更強，更受人們歡迎。采用MIMO技術減少了運行時的雜音，簡化了設備，更有利于5G通信的發展，借助有源天線陣列進行布局擴大了5G通信的服務范圍，投入更少。此外，科技更加的先進，還用了新型的網絡分配模式，使得資源利用更高，減少資源損耗，相信在不久的將來，我國會全面邁進5G時代。