5G無線關鍵技術與應用場景分析

覃錦玲

（中國移動廣西公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

相對于4G技術而言，5G技術具有更高的速率和更低的時延，能夠顯著改善用戶網絡使用體驗，再加上智能網絡的支撐，可以更好地保障用戶通信質量。除了傳統的手機，廣義上5G終端還可以包括面向消費市場的VR和各類可穿戴設備，同時還可以運用在無人機、物聯網、智能物流等多個領域，實現網絡化海量的終端輸入。從該意義上講，5G技術的應用實現的社會價值，在很大程度上推動了我國通信等相關行業的發展，因此，5G技術的運用范圍在未來會越來越廣泛，為我國經濟發展和社會進步做出更大的貢獻。

1 5G技術的架構和設計原則

從架構的角度來看，5G技術在架構過程中可以按照服務化的模式來定義5G核心網，控制平面的NF使用功能通過服務化接口來展開信息交互。國際標準組織已經為5G技術制定了全新的網絡系統架構，實現低時延、快傳輸的優勢，提高連接密度，減少網絡吞吐量。5G技術架構可以通過網絡功能來完成端到端的系統流程，為用戶提供訪問和移動管理權限，進行數據的統一管理，達到健全服務器的功能。用戶在數據安全的情況下可以完成服務發現、服務授權和服務建設的不同流程。5G技術在架構中定義的控制面主要由AMF和SMF共同組成，可以由用戶平面轉發功能來控制數據流量，用戶面和控制端口通過通信協議和原則構成5G核心網絡，5G核心網絡的設計可以讓傳統服務的數據傳輸效率及性能有所上升。

從設計原則的角度來看，5G網絡的使用拆分了接入網和核心網，讓接入網絡和核心網絡獨自進入5G時代。這樣的5G技術能夠滿足多元化的移動寬帶設計需求，還可以促進5G技術三大場景的功能開發。此外，5G網絡需要打造基礎化的設施平臺和網絡架構，實現技術的創新與協調發展，優化網絡部署。

2 5G技術的運用優勢和特征

2.1 運用優勢

5G技術相對于4G技術來說取得了本質上的進步，具有里程碑式的意義，是目前世界上最先進的網絡通信技術之一。作為新一代全新的移動通信技術，5G技術具有超高的通信傳輸速率，同時具有超低的時延，能夠滿足大流量接入要求，達到用戶的網絡要求，提升用戶體驗感。具體而言，5G技術的優勢首先體現在數據傳輸速率上，也就是說5G技術相對于以往的通信技術，其能夠提高傳輸速率，借助多元化的移動終端，滿足用戶對于移動通信的需要，使無線用戶與無線通信的關系更加密切。5G技術還可以讓網絡資源的利用效率和配置效率不斷提升，讓用戶獲取信息的成本下降，效率提升，在信息獲取渠道不斷拓展的今天，能夠對資源實現有效的利用，降低服務成本和資源浪費。其次，5G技術的安全性能較好，數據容量和感知性能都較好，能夠為數據的保存提供較大的儲存空間，避免了數據在傳輸過程中發生丟失或短缺的現象。5G技術涵蓋密碼技術和報警技術，促進了智能化技術和大數據分析技術的融合。這些互聯網技術的跨界融合能夠把5G技術的運用范圍進行進一步拓寬。另外，5G技術擁有較為廣闊的運用優勢，實現了萬物互聯，以通信設備為基礎點，打造基于蜂窩的窄帶物聯網。該技術覆蓋面比較大，功率損耗較低，連接點較多，成本較小，同時速率較快，可以被廣泛運用到道路交通領域、家居安保領域等。

2.2 特征

2.2.1 形態的多元化

5G技術以三大應用場景為基礎：一是增強型移動寬帶；二是大規模機器連接；三是超可靠超低時延網絡。5G技術的運用催生出各種類型的多元化場景，與5G終端技術進行融合。除了傳統的手機，廣義上的5G終端技術還應包括面向消費市場的網聯技術、可穿戴設備技術、數字家庭組網終端技術，同時還可以滲透到工業生產與社會生產領域，實現無人機、智能電網和物流等行業的深度融合，讓各個行業的連接平臺與硬件終端相互融合，滿足網絡切片、海量終端接入和邊緣計算等不同類型的業務需求。

2.2.2 制式統一

在全球產業鏈與運營商的共同作用下，5G技術在未來全球使用率和使用范圍會越來越大，達到制式統一的目標。可以有效促進互聯互通，為芯片建設、射頻器件等不同的產業鏈選擇合適的發展方向，以研發和生產資源作為聚焦中心，推動5G終端的進一步發展[1]。目前常見的5G技術代表公司有華為、諾基亞等，這些企業已經有多項5G技術專利，并已經應用到相關的設備上。

3 5G關鍵技術介紹

3.1 大規模MIMO技術

MIMO技術是5G技術的重要切入點，它憑借密集組網技術，有效地縮短數據延時，提升數據無線傳感的能力，增強數據傳輸的穩定性和實效性，為用戶提供更加滿意的通信服務[2]。大規模的MIMO技術可以實現無線信號的同頻收發，無論是數據信息的傳輸還是接收，都能夠取得不錯的效果。大規模MIMO技術還能夠幫助有關工作者打造較為高效的通信數據網絡，在不增加頻譜寬度的前提下擴展信道容量，進一步提升通信系統信道容量的資源配置效率。傳統的通信系統在頻譜帶寬方面存在一定的問題，大規模的MIMO技術能夠有針對性地對此進行修復，有效控制成本，打造更加穩定安全的通信環境。另外，大規模的MIMO技術還能夠融合有源天線技術優勢，以垂直方向進行科學編碼，利用天線單元組合實現動態波束賦形，把MIMO技術和有源天線進行相互結合，進一步對數據接收和傳輸的速率進行優化，擴大數據通信范圍，增強通信能力。

3.2 超密集組網技術

超密集組網技術的實現路徑是增加基站的密度，提高頻率的使用效率。超密集組網技術以虛擬層技術和無線物理層技術為核心，可以細分為M AC技術、多址技術和編碼技術。在無線物理層技術的支持下，可以提升通信網絡熱點的強度和通信質量，消除網絡節點，讓5G通信的頻譜帶寬使用效率不斷上升。無線物理層技術能夠打造相對立體化的數據構造，有效擴大網絡覆蓋面積，可以為不同類型的用戶提供各種類型的通信服務，讓系統容量有所增加。虛擬層技術的主要任務是處理多層網絡的虛擬信號，利用單層實體網絡，以站作為主要平臺進一步進行虛擬平臺的搭建，以特定的形式進行傳輸。實體層控制平臺的對象是實體站，能夠負責各類信息的接收和傳輸，通過虛擬層技術調控單載波和多載波。通信公司能夠以虛擬層技術作為出發點，全面了解不同用戶的通信需求，根據通信業務類別調整發展方向，對資源進行有效的調配，防止資源分布不均的問題出現，為用戶提供更加符合需求的優質網絡服務。

3.3 毫米波頻段技術

毫米波頻段技術是5G技術應用中一項重要的基礎技術。毫米波指的是一種特殊的電磁波，波長為1～10 mm，波動頻率為30～300 GHz。5G網絡內部涵蓋了大量的頻譜資源，頻譜資源一旦增多，很容易造成數據阻塞或數據信道混亂。為避免此種情況在5G通信過程中出現，可以利用毫米波頻段技術來滿足實際通信需求，使5G技術具有更加穩定的頻譜來源[3]。在實際應用過程中，毫米波頻段技術不能只利用傳統的接頭模式，因為傳統的接頭無法達到預期的效果，同時還會影響通信技術的正常使用，難以讓毫米波頻段技術的應用價值有效體現。因此，要盡可能地把毫米波頻段和系統中的中頻子系統進行隔離，在符合實際要求的情況下確保通信的穩定性。

4 5G技術應用場景

4.1 在車聯網通信中的運用

傳統的車聯網應用環境存在一些問題，主要體現在數據終端和信息支持層面，如果能夠把5G技術運用在車聯網的環境中，能夠極大地改善傳統車聯網的弊端和不足之處，確保系統內部供電裝置的穩定，使車輛得以安全運行。5G技術的使用能夠為汽車增添數據信息采集和傳輸的綜合功能，利用云中心對采集來的數據展開分析和調度，讓車輛與交通管理部門之間形成交互聯動，也為車輛管理部門提供高效、快捷的車輛管理方法。車聯網技術能夠滿足用戶的實際需求，為汽車自動駕駛提供保障，加強了現行駕駛管理力度，使今后的出行變得更加智能化、便捷化，從而節約時間，確保行駛安全。

4.2 在覆蓋增強中的運用

如果網絡用戶數量激增將會影響網絡傳輸的效率，降低用戶網絡體驗的滿意度，這一點是傳統通信技術的弊端。5G技術的可以采用高頻譜技術，在實際運行過程中對數據傳輸渠道進行有效優化，完善整體架構，在應用場景中采用5G技術實現全覆蓋[4]。隨著現代社交網絡和應用軟件的不斷完善與升級，通過網絡展開線上交流的用戶群體不斷增多，網絡社交過程經常會以一對多的模式展開交流。在5G技術的應用中，可以實現全覆蓋，并且保障實際應用場景的可靠性和安全性。

4.3 智能技術中的運用

5G技術需在應用中發揮信息采集和傳輸能力等優勢，讓智能技術更好地服務于人民群眾。5G技術能夠以智能化的手段輔助學習，該過程不僅能夠提升數據傳輸速率，而且還可以降低數據傳輸時延對學習產生的影響，從而進一步提升智能技術的發展[5]。

5 結束語

綜上所述，5G技術的不斷發展是必然趨勢，對5G通信技術的運用需要研究其應用場景，立足于當下的實際情況，構建出科學合理的應用模式，最終推動我國5G技術的高速發展。■