淺談5G核心技術的應用和發展難題

崔健

摘 要：隨著移動通信技術的不斷發展，大量信息需要與之相匹配的處理速度，以進行信息的快速交換。換而言之，5G解決了4G在數據處理方面所遺留問題。面對海量數據處理，國家和社會對于數據處理速度便有了更高的要求，海量的數據處理需求促進了移動通信技術版本的更迭。5G作為新技術，其具有“傳輸速率的提高、延遲的減小、可持續發展性、信息容量的增加以及大型連接設備數量上的增多”五大特性。5G技術的優勢在于，其與物聯網和工業互聯網等技術進行高度融合、是智慧型社會基礎建設的關鍵技術等。由于融會貫通各項技術，這可使得重型機械和生活化設備完成自行優化和迭代、完成供應鏈與生產鏈的簡化和降低運營維護的成本以及加固網絡安全性能。

關鍵詞：5G;核心技術;應用;發展

1 5G簡述及特點

5G技術是指第五代移動通信技術，是當前最新一代的成熟的通信技術，相較于原有的通信技術來說，其多方面性能有了較大的改善。以往每項通信技術的更新過程，都對我國各方面的建設有著重要的影響，人民的生活方式也產生了較大的改變，而5G通信技術的出現，更好地融入了各行業，在更大程度上促進了各行業的發展。5G通信技術對時延、帶寬、連接性等方面都有提升作用，能夠為當前信息化建設提供更加便捷、有效的技術支持，也能夠在較大程度上改善傳統設備的形態，從根本上為人們提供便利，促進眾多行業的建設與發展。例如，5G通信技術能夠在一定程度上改變移動設備的形態，如將平板電腦等改變為可以佩戴、投放的設備，有效解放人們的雙手，提高設備使用效率。

5G通信技術在實際應用過程中，主要有以下幾個方面的特點：（1）能夠廣泛應用。就以往的通信技術來說，在相對偏遠的地區信號相對較差，難以保證人們的有效使用，5G通信技術以其較快的速率和較大的帶寬，有效提升了用戶的使用效果;（2）更加穩定。5G通信技術可以應用于高速移動的設備中，例如：地鐵、高鐵等，由于其能夠提供更加穩定的使用效果，在高速移動的設備中得到了較多的應用;（3）能夠滿足較高人流量的需求。隨著當前通信技術的普及，手機入網已經成為普遍現象，以往的通信技術使用過程中，尤其是在人流量相對較大的地方，網絡就會出現卡頓等問題，影響用戶的入網體驗，5G通信技術的出現，能夠有效解決這一問題，即使是在人流量較大的車站內，也能夠很好地滿足人們的實際需求，保證人們的上網體驗;（4）體系更加完善。3G與4G時代，網絡體系雖然在不斷完善，但更多是進行人與人之間的傳輸，而5G通信技術的使用能夠在較大程度上完善網絡體系，促進人與物、人與人以及物與物之間的有效網絡連接。

2 5G技術現狀

2.1 標準發展

目前通訊標準是由3GPP（3 r d G e n e r a t i o n Partnership Project）制定。3GPP是全球性的通訊技術標準制定組織，由眾多會員組成。5G技術的第一版標準R15在2018年凍結，通過多個技術變革解決增強移動寬帶，大幅度提升速率。第二版本R16于2020年凍結，重點解決u RLLC（ultra-Reliable and Low Latency Communications）和m MTC（massive Machine Type Communications）場景，滿足5G在垂直行業應用需要。根據3GPP技術標準規劃，后續版本R17于2020年啟動研究，解決完成5G發展過程的問題。

2.2 我國5G產業發展

2019年6月6日，工信部向中國移動、中國電信、中國聯通、中國廣電頒發了四張5G商用牌照，我國正式從4G進入5G時代。

國家在建設5G網絡基礎設施的同時，也在積極推動5G應用的發展。2019年11月工信部印發了《關于印發“5G+工業互聯網”512工程推進方案的通知》，在工業互聯網積極推動5G應用融合，確定了我國“5G+工業互聯網”的發展目標。2020年3月，工信部印發《關于推動5G加快發展的通知》，提出在5G網絡建設同時，還需要繼續增強5G研發投入力度，建設更多的應用場景。

5G建設已經成為新基建的重要領域，支撐經濟社會向智能化、網絡化、數字化轉型，在促進消費投資、擴大就業機會、創造新型應用等方面潛力巨大。在疫情防控期間，5G在醫療行業進行了多項應用實踐，包括5G+遠程會診、5G+測量體溫等，在疫情防控中發揮了積極的作用。

3 5G技術的核心技術

3.1 新的無線電頻率

新無線電是5G技術被3GPP所創建的新場景，其中有FP1和FR2這兩個不同容量的頻帶。當頻率范圍小于6 GHz時，使用FR1。其最大帶寬達100 MHz，在此范圍內，連續性頻譜是十分稀少的，而5G系統使用最頻繁的在3.5 GHz左右。在韓國的移動通信運營商戶中，就是運用了該頻段，此外，其也分撥了FR2的頻譜。當頻率范圍大于24 GHz時，使用FR2。其最小帶寬達50 MHz，最大達400 MHz，其雙信道復合使用是由3GPP R15所支持的。在此范圍內，300 GHz的頻率允許5G技術使用，其隨著頻率的升高，抗其余信號干擾能力愈來愈強，因而5G技術每米可支持的移動通信設備多于4G技術近千臺。5G可以使用比4G更高的頻率，但因為這樣，5G信號則不能遠距離傳輸。于是每隔幾百米就應當設置一個5G基站，促使信號傳播的有效性。此外，由于高頻電磁波的穿透性較差，這些高頻5G信號不能輕易穿透固體障礙，如墻壁、樹木、汽車等。

3.2大規模MIMO陣列天線技術（多輸入多輸出）

大規模MIMO陣列天線技術，是多輸入多輸出技術之一。該技術運用天線數量的增加，進而擴大扇區的吞吐量和容量密度。其天線是由嵌入式無線電的收發機器組成的，可進行單獨調控。在世界上多個5G系統的技術性展演中，有90余個涉及了該項技術。該技術在圖像處理領域，使用云服務器的邊緣計算，可以減少數據擁堵和延遲等情況發生。

3.3小蜂窩基站和波束成形

小蜂窩基站是適用于在10 m～30 km內的無線電頻譜范圍，也是一種功耗低的無線通信信號的接入點。其對于5G技術的意義重大，由于5G使用的頻率比4G高，因此，5G技術的無線電波只能實現近距離傳輸。而波束成形技術應用了電波來指引用戶群體，其實現方式是天線陣列的排列組合，以完成某給定方位的信號得以正向輸出。此外，其他方位的信號將被破壞，因而實現高質量的無線通訊信號和傳輸速率。4G中的長期演進技術（LTE），結合了無線局域網技術（Wi-Fi）。長期演進技術帶來了科技便利，其應用范圍從蜂窩到局域網的聚合，再從單一化的硅設備到多種無線電信號傳輸技術共同發展。在此發展過程中，4G也從5G過渡，多種網絡技術的聚合與發展為廣大人民群眾帶來了低成本、低功耗與高簡化。

3.4 NOMA（非正交多址接入技術）

NOMA（非正交多址接入技術），被稱為是面向未來發展的多址接入技術。其方便了數個用戶共同享有同一時間、頻率和擴頻碼資源，其分配方式是功率分配。在該方式下的通信過程中，用戶均享有完整帶寬、低延遲和高傳輸速率的資源。在接入方式中，該技術應用了電源域管理，當面向不同的用戶時，選擇不一的功率級。

4 當前5G技術的發展趨勢

4.1 5G要有明顯突破

現階段，隨著人們生活水平、生活質量的不斷提高，讓5G技術在通信技術中脫穎而出，其代表了新的移動數據。同4G、3G、2G相比，5G的突破更大，不僅網絡速度會持續增加，且相關技術與器械也會進一步增強。在4G技術中用戶使用依然不斷發生問題，如信息數據的傳輸質量、傳輸的安全性等。而在研發5G技術時，就應重視4G網絡問題并想法將其改變，以把技術化、先進化特征更加明顯的移動通信平臺建立起來。

4.2 5G技術的傳輸效率高，范圍覆蓋廣

如今，快速發展的社會與互聯網無疑均為5G技術的發展與應用提供了良好的先決條件。5G技術同3G、4G等技術技術相比，其在信息數據傳輸方面具有更快的速率，可應用于各類智能化產品中，快速的傳輸和處理數據、信息，讓現階段的諸多得到有效解決，如傳輸效率慢、數據信號不穩定、數據不安全等，把更好的體驗感帶給用戶。與此同時，不斷提升的5G技術，在一定程度上也會增強網絡體系，拓寬網絡覆蓋面，增強網絡影響。另外，還會增強人們在室內的網絡信號，為人們的生活和發展帶去極大的便利。5G技術的發展，除了在技術上體現出來外，也會降低息技術的發展成本，將技術的特點結合起來，建立健全通信管理質量，把通信成本有效降低，進而合理分配通信資源，減少一些無謂的時間、金錢及人力的損耗，促進相關單位經濟水平的顯著提升。

5 結語

5G通信系統是龐雜的，它所建立的網絡，不但需要加快網絡傳輸速率，還有大帶寬、低噪聲、高效率、高可靠性等要求。在5G通信系統的應用中，將全面推進物聯網技術和移動互聯網技術的發展，另外，5G技術對于二者相結合也有促進作用，為用戶的出行和生活方式帶來新方式和新感受。5G技術是社會進步的基石和世界貿易體系的粘合劑，必將會比4G發展更加蓬勃。

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