通信工程中5G移動通信技術(shù)的運(yùn)用

李月明

（吉訊股份有限公司，河北 保定 071000）

1 5G移動通信技術(shù)

5G移動通信技術(shù)是在4G和3G等基礎(chǔ)上興起與發(fā)展的一種新型技術(shù)，與4G技術(shù)相比，5G的數(shù)據(jù)傳輸速度能夠達(dá)到4G的100倍左右，而且其通信質(zhì)量也有顯著改善，在通信工程領(lǐng)域所受的關(guān)注和重視程度更高。此外，根據(jù)5G移動通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)分析，其通信傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)頻譜在中高頻段表現(xiàn)較為集中，雖然具有傳輸速度更快的優(yōu)勢，但也會導(dǎo)致覆蓋成本增加。同時(shí)由于5G通信傳輸中采用毫米波頻率的設(shè)置較寬，但存在繞射和衍射不足的問題，需要通過對多進(jìn)多出（Multiple-In Multiple-Out，MIMO）的引入應(yīng)用來促進(jìn)天線增益提升，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的拓展。5G組網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 5G組網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)形式

2 5G移動通信技術(shù)的優(yōu)勢分析

5G移動通信技術(shù)作為一種新型技術(shù)，是當(dāng)前通信領(lǐng)域具有較高安全性、傳輸靈敏性的最新技術(shù)手段，在通信傳輸中通過多天線傳輸方式能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)的信號傳輸效果。移動技術(shù)約每十年完成一次代際演進(jìn)，如圖2所示，與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，5G移動通信技術(shù)不僅在傳輸速度上大幅提升，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對新興資源的有效運(yùn)用，技術(shù)優(yōu)勢更加顯著。5G移動通信傳輸中支持的天線數(shù)量明顯高出4G技術(shù)十幾倍，使其傳輸基站的信號接收與容納量顯著提升，在一定層面和MIMO技術(shù)的多輸出與多輸入特征相似，在不同用戶實(shí)現(xiàn)信息資源共享的情況下，能夠通過5G移動通信技術(shù)對MIMO的導(dǎo)入應(yīng)用有效滿足不同用戶的信息傳輸需求，使其技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢更加顯著。通過小基站部署與傳輸應(yīng)用，促進(jìn)信號傳輸與覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大[1]。

圖2 通信技術(shù)的迭代

在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇，從而形成更加密集強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)，為信號傳輸質(zhì)量和效率的提升提供支持。通過對有限能量的有效聚集，從而在特定方向?qū)崿F(xiàn)傳輸，降低能量傳輸過程中的損耗，同時(shí)通過形成很窄的波束來降低其他信號的干擾。此外，利用5G技術(shù)確定信號傳輸?shù)淖罴崖窂胶螅蛊浒凑赵O(shè)定的傳輸路線進(jìn)行傳輸，避免遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)信號受到阻礙或干擾產(chǎn)生衰減。

5G通信模式下，網(wǎng)絡(luò)通信的效率得到了極大提升。在此基礎(chǔ)上，人們對于通信數(shù)據(jù)的可靠性提出了更高的要求。結(jié)合5G通信實(shí)際可知，實(shí)施5G通信數(shù)據(jù)傳輸可靠性控制的價(jià)值表現(xiàn)在以下兩方面。一方面，5G通信技術(shù)的面世時(shí)間不長，相比4G通信，5G通信的部分關(guān)鍵技術(shù)仍處于持續(xù)深化研究階段。在此背景下，人們對于5G通信的關(guān)注度不斷提升，要實(shí)現(xiàn)5G通信的大范圍商業(yè)化應(yīng)用，必須考慮通信過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詥栴}。另一方面，現(xiàn)階段4G網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用仍為主流，在通信效果層面，4G網(wǎng)絡(luò)通信雖然也能滿足人們生活和工作需要，但在實(shí)際通信中存在一定的網(wǎng)絡(luò)延遲，影響了使用者的體驗(yàn)[2]。目前，在大力發(fā)展5G通信的基礎(chǔ)上，控制數(shù)據(jù)傳輸過程的可靠性能有效避免網(wǎng)絡(luò)延遲所帶來的影響，減少數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，為用戶帶來良好的使用體驗(yàn)。信息化時(shí)代下，人們對于網(wǎng)絡(luò)通信的要求不斷提升，提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)在需要。在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究層面，深化通信技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的研究，不僅滿足了人們的實(shí)際需要，而且有效地促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，是通信工程發(fā)展的重要內(nèi)容[3]。

3 5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)

3.1 毫米波技術(shù)

毫米波位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，兼有兩種波譜的特點(diǎn)。毫米波通信可以靈活繞過阻礙，達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男ЧＨ绻K端信號較弱，則可以通過毫米波提高傳輸速度，降低信號傳輸時(shí)的信號干擾。很多無線接入技術(shù)疊加網(wǎng)絡(luò)都需要借助毫米波通信，通過建設(shè)毫米波基站，可以提升高速移動通信用戶體驗(yàn)。

3.2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

WiFi、長期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）等都采用MIMO技術(shù)，頻譜效率和信號傳輸可靠性與通信天線數(shù)量呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。很多LTE基站為水平排列，波束為水平方向，天線數(shù)量隨之增加，給安裝帶來困難。5G天線采用大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)技術(shù)，可提升空間自由度，水平或垂直方向均可放置，能夠降低天線耦合能耗，有利于降低運(yùn)營成本。LSAS技術(shù)的靈活性可實(shí)現(xiàn)對波束方向的動態(tài)調(diào)整，形成滿足用戶使用需求的特定波束，也可結(jié)合波束方向準(zhǔn)確區(qū)分出用戶類型，形成的三維波束空域粒度更為精細(xì)，每類用戶MIMO性能都可以得到改善[4]。

3.3 波束成形技術(shù)

波束成形技術(shù)同樣是5G移動通信領(lǐng)域的關(guān)鍵性技術(shù)，可分為自適應(yīng)波束成形、固定波束成形和切換波束成形。固定波束即天線的方向固定，將IS-95中的3個(gè)120°扇區(qū)分割即為固定波束。切換波束是對固定波束的擴(kuò)展，將每個(gè)120°的扇區(qū)再分為多個(gè)更小的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)有一個(gè)固定波束，當(dāng)用戶在一扇區(qū)內(nèi)移動時(shí)，切換波束機(jī)制可自動將波束切換到包含最強(qiáng)信號的分區(qū)。在波束成形技術(shù)的應(yīng)用下，通信工程中的頻譜利用率顯著提高，且可以根據(jù)通信需求策劃出通信開始到末端的整體路線，避免通信過程中各種障礙物對正常通信造成干擾[5-7]。

4 5G移動通信技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用

4.1 通信工程建設(shè)

無線通信網(wǎng)絡(luò)基站是當(dāng)前通信工程建設(shè)的主要內(nèi)容，將5G技術(shù)應(yīng)用于通信工程建設(shè)可以拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，提升用戶使用網(wǎng)絡(luò)的體驗(yàn)。目前，采用無線通信技術(shù)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要投入很大的資金，且影響因素較多，無法達(dá)到實(shí)時(shí)通信的要求。將5G移動通信應(yīng)用于通信工程可實(shí)現(xiàn)端對端的通信，達(dá)到數(shù)據(jù)信息近距離傳輸?shù)囊螅玫乇ＷC數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性，還可以防止出現(xiàn)中間節(jié)點(diǎn)干擾問題，通信傳輸速度與效率都可以進(jìn)一步提升，減少數(shù)據(jù)通信時(shí)產(chǎn)生的損耗，有利于建立多結(jié)構(gòu)、多渠道的復(fù)合通信體系[8]。

4.2 移動支付

移動支付顛覆了傳統(tǒng)現(xiàn)金支付、當(dāng)面交易的模式，在5G技術(shù)的支撐下支付時(shí)效性、安全性等得到進(jìn)一步提高，不僅帶來支付市場格局的新變化，而且也為整個(gè)行業(yè)帶來新生機(jī)。圖3為5G移動支付示意。

圖3 5G移動支付

（1）5G加持下移動終端支付獲得全新機(jī)會。5G除具有高帶寬外，還有高可靠、低時(shí)延、大連接等特性，這些全新的技術(shù)特性意味著5G將更多地面向企業(yè)級應(yīng)用，甚至深入到行業(yè)市場當(dāng)中，與行業(yè)應(yīng)用緊密結(jié)合。5G技術(shù)支持更多新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，有效彌補(bǔ)了以往通信領(lǐng)域的技術(shù)缺陷。例如，在一些無人商超、智能酒店、自助服務(wù)區(qū)，以5G高速通信技術(shù)為依托，支持各類終端智能設(shè)備對個(gè)人生物特征進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和比對分析，包括人臉、指紋、虹膜及語音識別等，可以進(jìn)一步簡化移動支付程序，降低銀行和運(yùn)營企業(yè)之間的系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換壓力，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模支付業(yè)務(wù)的集中化、批量化處理[9]。

（2）5G助力解決移動支付的安全及信任問題。移動支付依然需要網(wǎng)絡(luò)通道，對第三方支付平臺的運(yùn)營管理有著極高要求，然而開放性網(wǎng)絡(luò)環(huán)境始終存在一些不穩(wěn)定因素，其中移動支付的最大問題就在于安全和信任方面，比較突出的就是移動終端數(shù)據(jù)泄密、應(yīng)用漏洞等安全問題，不少用戶在遭遇諸如盜號刷單、支付詐騙、網(wǎng)絡(luò)套路等惡性事件后對移動支付不再信任。2020年，工信部在《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，要在推動5G全面發(fā)展的同時(shí)，著力構(gòu)建5G安全保障體系。相關(guān)部門可以積極利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及區(qū)塊鏈等新技術(shù)、新方法加強(qiáng)違法犯罪信息審查，助力用戶個(gè)人信息保護(hù)[10]。

5 結(jié) 論

5G通信在提升數(shù)據(jù)傳輸效率、質(zhì)量的基礎(chǔ)上，為人們的日常生活創(chuàng)造了良好的通信環(huán)境，滿足了高效、安全、可靠的通信需要。在5G通信技術(shù)發(fā)展中，行業(yè)及相關(guān)人員必須充分認(rèn)識到5G通信的技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合通信需要建立科學(xué)的5G通信標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，深化5G網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)管和人才培養(yǎng)，從而有效提升5G通信技術(shù)應(yīng)用水平，進(jìn)而促進(jìn)通信工程的可持續(xù)發(fā)展。