5G無線通信技術的關鍵技術應用探討

王宏炯

（中國廣電云南網絡有限公司，云南 昆明 650000）

0 引 言

隨著科技的不斷更新和發展，網絡已經成為人們生活、工作中不可或缺的一部分，并且人們對網絡速度和質量提出了更高的要求，這就要求不斷改進和優化通信技術，提高網絡傳輸速度與質量。而5G無線通信技術作為整合無線、應用場景等內容的新型通信技術，在傳輸速率、傳輸成本、安全可靠及兼容性等方面優勢突出，在技術層面拉近了人與人之間的距離，而且通過多平臺的實時轉化實現人與物、物與物之間的連接，能夠滿足用戶多方面的需求。

1 5G無線通信技術定義、層級及優勢相關概述

1.1 定 義

5G無線通信技術指的是將以往網絡通信技術融合，對相關功能升級和優化，為用戶提供更多優質、便捷服務的新型無線通信技術[1]。該技術的應用能夠彌補以往無線通信技術的不足，所使用的納米技術、隱私保密技術等在靈活性、便捷性等方面優勢突出，不僅可以保護用戶隱私，而且能夠提高信息數據傳輸效率，節約成本，并且所使用的新IP地址作為數據傳遞基站，將實時搜集、匯總的信息放置移動終端，使數據的安全性、有效性得以提高。

1.2 主要層級

5G無線通信技術主要包括城域網、接入網以及核心網這3個層級。城域網作為第1層，主要涉及相關通信設施與裝備，以無線呼叫的方式實現信號的感知和傳遞，在信息快速共享方面優勢突出；核心網作為第2層，起到數據端口、通信裝備銜接的作用，且能夠科學地進行信息的分類、傳輸；接入網為第3層，其主要功能是實現數據結果的構建，使5G通信技術網絡中繁雜的數據信息更加合理、規范，且處理方式更加簡單，實現信息的全面覆蓋[2]。

1.3 優 勢

1.3.1 傳輸速率快

與4G通信技術相比較，傳輸速率快是5G通信技術的優勢之一，其數據傳輸速度是4G數據傳輸速度的10倍以上。例如，5G通信技術在波段28 GHz情況下的傳輸速度達到1 Gb/s，而同等條件下，4G通信技術傳輸速度只能達到75 Mb/s，尤其在非對稱數據傳輸方面，只能達到2Mb/s。

1.3.2 良好的兼容性

5G通信技術是在3G、4G通信技術基礎上所形成的新型通信技術，具備傳統通信技術的優勢，作為兼容傳統通信技術所形成的通信平臺，不僅支持多種通信技術的使用，而且可以接入其他無線技術，實現通信服務功能的擴展，突顯出該技術的兼容性。

1.3.3 提高能源利用率

與傳統通信技術相比較，5G通信技術在傳播效率、兼容性等方面優勢突出，部分配置在運行過程中可以與其他小程序同時運行，確保其正常運行的同時，間接性反映出5G通信技術能夠實現電池能源的有效配置，使其利用率提高，延長電池使用壽命。

1.3.4 提高無線信號傳輸質量

5G通信技術的設計與實現主要以多載波分子式操作為載體，多載波在室內外均具有很高的連接性，尤其是室內無線傳輸，可以解決以往通信技術在室內傳播信號效率低這一問題，并且借助智能信息化平臺能夠實現5G通信信號的整合傳輸，使原有的約束條件得以突破，利用編碼、數據進行識別、破譯，實現傳輸方面的升級與擴展，促使無線信號傳輸質量提高。

1.3.5 安全性高

與4G技術相比較，5G無線通信技術安全性比較高，即服務域安全，如該技術所應用的授權安全機制、安全協議及服務注冊等，使服務域安全防護能力增強，實現用戶隱私的保護，并且該技術所運用的加密技術可防止不法分子追蹤用戶隱私、信息。

2 5G無線通信技術中的關鍵技術分析

2.1 D2D通信

終端直通（Device-to-Device，D2D）通信作為以蜂窩系統為載體的近距離數據直接傳輸技術，將其引入蜂窩網絡中可以緩解基站的負擔，縮短端與端之間的傳輸延時，促使頻譜效率提高，一定程度可以降低終端發射功率。若無線通信基礎設施被損壞，或者無線網絡覆蓋面比較窄，則終端可以通過D2D通信實現端與端之間的通信，或者接入蜂窩網絡。同時，D2D通信的主要目的是用戶通信設備在一定距離內實現直接通信，緩解服務基站的負荷。此外，與不以基礎網絡設施為載體的直通技術相比較，D2D通信靈活性比較強，不僅可以在基站約束下進行連接與資源分配，而且在無網絡基礎設施的情況下也可以實現信息的交互。

2.2 M2M通信

以廣義的角度來說，機器對機器（Machine to Machine，M2M）指的是人與機、機與機、移動網絡與機之間的通信；以狹義的角度來說，M2M只是指機與機之間的通信，不僅可以實現機器與機器之間的數據傳輸，而且這種數據傳輸可以突顯出交互式、智能化等特點，使機器擁有“思想和智慧”，即使機器未接收到用戶所發出的信號，也會依據既定程序主動地進行通信，并結合所獲取的數據智能化進行選擇，向相關設備發出正確指令[3]。

2.3 SDN/NFV

軟件定義網絡/網絡功能虛擬化（Software Defined Network/Network Functions Virtualization，SDN/NFV）作為一種新型的構建技術、網絡架構，可以體現控制與數據分離、虛擬化、軟件化等特點，能夠解決現有網絡面臨的問題，即可以快速部署新業務，簡化網絡層次，降低網絡部署、運維成本。其中，SDN技術可以從設備中分離出網絡設備的控制平面，將其放置到控制器上可充分發揮網絡控制功能，進行集中控制。控制器掌握必需信息，上層應用程序可借助開放的應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）來調用所需信息，彌補以往手動配置模式的缺陷，便于管理者對全網進行管理，促使業務部署工作效率提高，尤其在5G網絡環境下，需不斷對網絡管理進行優化，以SDN來驅動整個網絡系統[4]。同時，NFV技術主要是借助虛擬化技術、通用性硬件等進行軟件處理，降低網絡設備成本，并借助功能抽象、軟硬件解耦改變以往網絡設備依賴專用硬件的現象，實現資源靈活地共享，便于新業務的有效開發、部署，即根據實際業務需求進行自動化部署、故障隔離和恢復。

2.4 新型多天線技術

在5G無線通信技術環境下，對數據流量的需求比較大，而可用的頻譜資源有限，亟須提高頻譜利用率。多天線技術的應用可提高頻譜效率和網絡可靠性，尤其是新型大規模的天線技術，空間分辨率更高，能夠滿足多個用戶使用同一時頻資源進行通信，在不增加基站數量的情況下提高頻率效率。同時，這一新技術能夠提高發送功率，將波束集中于較窄的范圍，增強其抗干擾能力，使其在網絡可靠性、頻譜效率、能耗等方面的優勢得以凸顯。

2.5 云計算技術

該技術主要應用于中央控制器，進行數據的存儲，即在每個終端設備上安裝存儲軟件、應用軟件，便于工作人員借助網絡讀取和使用數據信息，從而可以確保中央控制信息、用戶信息的安全性，并且使數據讀取的速度加快，為中央系統運行創造良好的環境。同時，中央系統服務器包括應用層、對話層、網絡層以及物理層這4個層（圖1），其中應用層能夠進行數據信息的變化，便于工作人員深入、全面地了解產品性能，提高用戶信息使用效率；對話層能夠生成一些傳遞協議，依據實際IP地址選擇適宜的處置模式；網絡層扮演著連接話層與物理層的角色，確保信息高速傳遞；物理層的功能是對數據進行搜集，從而實現5G無線通信技術信息交流平臺的搭建。

圖1 中央系統服務器層級

2.6 納米技術

納米技術作為5G無線通信技術的核心技術，其實際應用可以對數據系統內部的所有信息搜索形式進行聚焦，借助IP互聯網傳遞模式實現網絡信息的傳遞，在此基礎上將數據信息導入用戶終端設備。同時，經過納米技術處理后的數據，系統會再次進行信號的布置，使數據信號質量提高，從而提高數據信息搜集效率。此外，對于工作人員而言，還可以應用納米芯片對數據進行監管，使信息傳遞效率得以提高，凸顯出該技術的優勢[5]。

3 5G無線通信技術的具體應用

3.1 應用于安卓系統

現階段，大多數移動智能終端所使用的系統為安卓系統，該系統作為Linux基礎上的開放、自由源代碼操作系統，在移動設備應用中起核心作用。安卓系統使用分層架構，被劃分為系統內核層、系統運行庫層、應用程序框架層、應用程序層這4個層次。其中，系統核心層應用到5G納米核心技術，以解決硬件驅動分離等安卓基礎性問題，并且安卓系統本身具有開放性這一特點，在實際應用中容易出現安全性問題，而5G納米技術本身具有良好的保密性，將該技術應用其中能夠提升加密等級，使用戶信息安全性得以提高。

3.2 應用于光場相機

普通相機拍照的原理是借助主鏡頭來捕捉光線，在鏡片后的膠片、感光器中進行光線聚焦，使光線匯聚成一個小點，將影像顯示出來。與普通相機相比較，光場相機作為先拍照后對焦的照相設備，其原理是借助光場技術的作用，在拍照過程中無需對焦處理，只需要進行構圖。一方面能夠在極暗的環境中拍攝，另一方面可以對高速移動的物體進行拍攝，所拍攝的照片清晰度比較高，彌補以往拍照方式存在的缺陷，即充分利用自身抓拍這一優勢，在焦距范圍內拍照就可以隨意選擇焦點。同時，光場相機內置的軟件能夠擴大光場，有效追蹤每條光線在不同距離上所呈現出的影像落點，經過對焦后就可以得到影像照片，并且光場相機自身的容量比較大，照片的儲存會占據較大的空間，即對儲存空間、傳輸速度等要求比較高。而5G無線通信技術本身具有儲存量大、傳輸速度快等特點，正好滿足光場相機這一要求。此外，將5G無線通信技術與光場相機相結合不僅可以滿足相機的拍照需求，而且能夠提高相片的像素質量，并且充分利用5G無線通信技術的優勢能夠加快圖像傳輸速度，提高5G環境下光場相機相片的像素，以滿足其數據下載速度和傳輸速率等方面的要求。

3.3 應用于其他方面

與4G無線網絡技術相比較，5G無線網絡技術在物聯網中的應用以通信技術、互聯網技術為信息載體，使具有獨立功能的普通物體能夠借助網絡實現互通互聯，更好地為用戶服務。此外，基于5G無線通信技術，切片技術的應用為智能監測網絡的構建提供了有利條件，通信運營商根據用戶實際需求設置不同客戶端至客戶端的專用通道，為用戶提供差異化的網絡服務，滿足多鏈接、大寬帶的需求。

4 結 語

5G無線通信技術是在以往通信技術整合、擴展基礎上所形成的新型通信技術，具有可靠性、節能性以及安全性等特點，將其應用于現代生活中能夠推動科技發展、社會進步。同時，目前5G無線通信技術的應用還未全面普及，且存在一定的不足，亟須對其不斷研發、改進，使其應用范圍不斷擴寬，加快城市信息化進程，促使社會高速發展。