5G無線通信技術與未來發展趨勢研究

趙時遂

【摘要】科學技術水平不斷創新與發展，帶動通信技術飛躍式發展，對社會生產、生活帶去了巨大改變。基于通信技術發展下，5G網絡研究與5G工程建設逐步發展起來，5G無線通信技術具有高速率，低時延，大容量等優勢，對各個行業發展起到了重要影響，為此，我國也提高了對冶金工程建設引入5G無線通信技術的重視，并加快對其技術方面以及應用方面的研究。希望在未來可以將5G技術普及到日常生活中，推動社會進入新的篇章。

【關鍵詞】5G無線通信技術;未來發展

中圖分類號：G212 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.01.102

移動通信技術的廣泛普及，最終將促使5G無線通信技術的快速發展，雖然當前依舊是4G網絡運營的時代，但5G無線通信也已經得到了逐步推廣，相比于4G網絡，5G網絡的速度和性能要遠遠優于4G，特別是在不同物聯網以及智能家居產品的使用中，5G無線通信網有著更多的優勢，基于此，針對5G通信場景需求進行分析了解，提出5G技術演進路線和發展方向，旨在為推動我國5G通信網絡技術向著良好的方向發展。

1. 5G無線通信技術的概念

1.1 5G無線通信技術

5G無線通信工藝技術系統是我國無線通信技術網絡核心技術的一次升級和重大改造，其中的各項藝術技能系統實現重大優化，不斷為廣大用戶廠商提供優質便捷的通訊服務。與之前的4G進行比較，5G級的無線通信系統技術不僅完全繼承了這些通信技術的諸多優點，而且對一些先進的通信技術可以進行測試使用，實現這些技術的不斷完善性，進行測試運行之后技術會具有一定的行業市場前景。在現階段的5G通信技術中主要廣泛使用的通信技術主要是無線納米技術、隱私性和保密通信技術等，同時5G技術無線通信保密技術更加十分重視隱私性和網絡安全性，不僅能夠實現通信速度的大幅提升，而且大大降低了網絡資源的大量消耗。

1.2 超密集異構無線網絡技術

HetNet（異構網絡）是指在宏蜂窩覆蓋范圍內部署低功率節點，通過“多樣化的設備形態、差異化的覆蓋方案、多頻段組網方式”等實現分層立體網絡。近年來，隨著科技的進步，集成電路產業迅猛發展，通信設備和用戶終端的性能得到了極大的提升。通信技術與計算機技術結合的應用日益廣泛，居民生活中已經運用無線接入技術來滿足自身的信息獲取需求。在5G時代，移動通信網絡將是一種基于宏基站、微站與室分分層實現信號覆蓋的集Wi-Fi（無線連接）、5G、LTE（長期演進）等多種網絡制式于一身的多元化超密集異構網絡。為了實現負載均衡轉移、提升網絡吞吐量以及彌補單一宏基站覆蓋導致的網絡空洞，異構網絡中融合了多個發射功率不同的節點。微站和室分針對熱點和盲點區域，進行補充覆蓋，兼顧網絡的覆蓋和容量。由于傳統接入節點所具有的選擇機制并不能滿足多元通信制式的異構通信系統網絡，因此急需對異構網絡環境下的最優接入選擇進行研究，如覆蓋范圍擴展機制、垂直切換機制等，其本質都是根據網絡的復雜特點，在保證負載均衡和QoS（服務質量）需求的基礎上，找到一個平衡點，最大效率使用網絡資源，進一步實現降本增效。

1.3 軟件定義網絡技術

無線網絡軟件的定義網絡技術是從Internet呈現的一種新技術。使用傳統的Internet體系結構，必須將控制和傳輸集成在一起，關閉網絡連接節點，并在本地進行傳輸控制。控制功能特別繁瑣，網絡技術的立異也特別繁雜。為了處理這個問題，斯坦福大學的研究人員提出了軟件定義網絡的觀點。基本思想是中央控制器通過軟件來控制路由器的路由決策等功能。控件與變速器的分離使控件更加靈活，設備更容易使用。在軟件定義的網絡中，將應用層，控制層和基礎結構層分為控制層，這些控制層通過接口與接口層的網絡設備交互，以控制接口的節點。因此，在這樣的體系結構中，路由由控制器定義而不是分布式的。自從引入軟件定義的網絡以來，所有實驗室都具有標準化的接口，研究和測試基本技術，并且某些制造商也在提出解決方案。

1.4 超密集異構蜂窩網絡技術

實現無縫覆蓋的另一個有效部署超密集異構蜂窩網絡，但由于密集部署的不同類型基站覆蓋范圍及服務能力各不相同，合理的用戶關聯策略顯得至關重要。Zhang等考慮了最大平均接收功率關聯策略下的基站部署與能量效率的關系。Saha等基于最大信號干擾比關聯策略開發了用戶基站統一框架。Saha等考慮了最大功率關聯，提供了該策略下的典型用戶覆蓋概率的精確表達式。Afshang等則研究了基于最近基站關聯策略下，基站的關聯概率和覆蓋概率。

2. 5G網絡技術的優勢

2.1 5G網絡的運行速度更快

所謂的5G網絡，簡單來說就是指移動通信技術發展中的第五代網絡。與以往運行的前四代網絡技術相比較，5G網絡有著更強大的功能。首先，它的傳輸速度明顯比從前更快，在理論上甚至可以達到數10GB，是4G網絡運行速度的幾百倍。這樣的上網速度，將會給客戶帶來前所未有的網上沖浪體驗。另外，5G網絡的通信延時比較短，只有約1ms。非常適合對于精度要求比較高的遠程控制機械，例如車輛自動駕駛、電子醫療等等。當然，5G技術的具體應用，還需要以原有的4G技術的優勢作為基礎，再配合現在的最新技術，才能夠達到最大程度完善自身效果的目的。

2.2 5G網絡覆蓋面更廣

與以往的4G無線網絡技術相比較，5G無線網絡整合了包括4G技術在內的各個階段的科技資源，在汲取其技術優勢的基礎上，還另外融入了最新的現代通訊技術，使其覆蓋范圍變得更加廣闊。而且，由于其智能化的運行方式，對于從前4G時代一些偏僻的所謂網絡死角，5G技術也能夠毫不費力地攻克。并且無論是處于偏遠地區，還是處于氣候惡劣的天氣之下，都能確保網絡的暢通和穩定。這種先進的通訊科技，受到廣大消費者的喜愛和歡迎。為此，我們應該在現有4G流量的正常運行基礎上，積極推動5G技術的應用與發展，從而能夠使更多的移動通信用戶，早日享受到更全面，更優質的通信服務。

2.3 5G網絡安全性能更高

網絡安全，從互聯網的最初成型發展至今，一直都是一個無法繞過的問題。眾所周知，如果沒有一個安全的運行系統，我們的網絡信息就隨時都有被泄露的風險，甚至整個網絡都要背負著隨時癱瘓的危險。5G網絡由于其運行速度更快，覆蓋面更廣，所以，其包含的信息內容也就更大。為此，我們必須用更謹慎的態度來面對它的安全性能問題。基于此，相關技術人員在目前的5G網絡技術中，使用了更先進的納米技術，使網絡的保密性能得到顯著的提升。此外，由于5G網絡的高效傳輸性能，在運行過程中，所浪費的能量降到了最低，這就有效地減少了信息傳遞過程中可能出現的一些問題，從而更好地保障了數據在網絡運行中的安全性。目前來說，5G網絡仍然是屬于一種新型的技術產品。由于其對于所配套的通訊設備的性能要求也比較高，所以短時間內仍然無法得到廣泛地普及。這就要求相關技術工作人員，仍需抓緊時間進行更深入的開發與研究，爭取早日研制成功更成熟的通訊技術，以便能夠給客戶提供更優質的服務。

2.4 低功耗

由于無線通信技術的快速發展，使得網絡速率也得到了大幅度提高，因此相關設備的功耗也變得越來越高。站在功耗的角度而言，降低功耗是無線通信技術需要解決的問題之一，所以5G技術的發展，就必須降低功耗問題，而低功耗主要采用兩種技術手段可以實現，分別是美國高通主導的eMTC和華為主導的NB-loT。我們以華為的NB-loT為例，NB-loT構建于蜂窩網絡中，只需要消耗180KHz的寬帶，才可以部署GSM網絡、UMTS網絡和LET網絡，但是NB-loT不需要像5G核心技術建設網絡那樣，因此NB-loT可以大幅度降低功耗。由于5G無線通信可以滿足物聯網應用場景低功耗的要求，所以NB-loT是未來5G無線通信網絡體系的重要組成部分。

3. 5G無線通信技術的具體應用

安卓軟件系統操作是比較重要的操作技術，其以一個開放式的源代碼和Linux作為理論基礎和技術依托，該操作系統幾乎是所有操作系統技術中的一種，主要廣泛使用在智能平板筆記電腦和移動智能手機中。安卓操作系統主要軟件使用的都是分層系統架構，按照功能高低級別可以將其分為四個基本層次，其分別為系統應用程序管理層、框架管理層、運行管理層和系統內核管理層等。在這種分層計算架構中，5G級和納米級的核心技術主要用于使用在四個不同層次架構中的一個內核物理層，能夠輕松實現在目前沒有任何安卓層的基礎之上同時實現云端文件和移動硬件的無縫驅動和與系統的無縫聯合。使用5G的云技術不僅希望能夠直接實現高速無線數據傳輸，同時還希望能通過實現云端對儲存端和移動終端的數據同步進行軟件數據驅動，進而不斷擴大縮小對云儲存終端數據的存儲空間的減小，不僅如此，還希望能通過實現大大提升傳統軟件驅動裝置的功能多樣性和功能豐富性。此外，安卓操作系統中還具有自身的諸多優點，如數據開放性強的個殊特點，這種特殊情況的不斷出現給用戶數據的開放安全性使用帶來一定的心理考驗和技術挑戰。使用5G量子通信加密技術系統中的量子納米技術系統能夠輕松實現對安卓通信的遠程加密，使用基于量子通信密碼的其他相關加密技術能夠減少在安卓通信中可能出現密碼錯誤的種種可能性，進而不斷提升實現安卓系統的通信安全性。

4. 結束語

本文根據物聯網和5G網絡的發展規律以及技術特性，結合一定的案例分析得出一定普適性的結論，并為5G時代下物聯網企業的發展策略的制定提出了一種方法論框架。總體來說，5G技術的進一步完善為當前的物聯網行業的發展提供了較多的可能性。融合5G技術與物聯網技術，實現將不同的終端設備進行有效的連接，來構建統一的網絡，最終形成全新的物聯網絡生態鏈，極大地改變了當前人們傳統的生活方式，同時也促進了各行各業的快速發展，為我國經濟建設提供相應的動力，具備跨時代的意義。

參考文獻：

[1]李陶深，朱晴，王哲，施安妮，何璐，盧明妤.基于5G的無線攜能通信技術研究與發展[J/OL].廣西科學：

[2]許振領，時凱.5G無線蜂窩通信的關鍵技術[J].電子技術與軟件工程，2021（16）：21-22.

[3]茍坤.5G無線通信系統的關鍵技術分析[J].電信快報，2021（08）：26-28.

[4]劉媛媛.5G無線通信技術概念分析及其應用研究[J].經濟師，2021（08）：234+236.

[5]陳建成.5G移動無線通信技術對物聯網產業發展的影響[J].電子技術與軟件工程，2021（15）：8-9.