5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)分析

李竟竟

摘要：針對(duì)5G通信技術(shù)，在介紹其應(yīng)用場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，對(duì)其自組織網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、D2D通信和M2M通信幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析，旨在為5G通信技術(shù)更好的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各預(yù)期目標(biāo)提供一定技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：5G;應(yīng)用場(chǎng)景;關(guān)鍵技術(shù)

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的英文簡(jiǎn)稱，是全新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，同時(shí)也是2G/3G/4G之后的重要延伸。其重要目標(biāo)在于提高數(shù)據(jù)速率、縮短延遲、減少能耗、減少成本、增加系統(tǒng)容量與大量連接設(shè)備，應(yīng)用場(chǎng)景多種多樣，而這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都有賴于對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

一、5G應(yīng)用場(chǎng)景

基于5G網(wǎng)絡(luò)，可以使無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)從過去的人之間通信變?yōu)槿撕臀镏g以及物和物之間相互通信，即實(shí)現(xiàn)所謂的萬物互聯(lián)。與5G可以提升的各類性能相對(duì)應(yīng)，采用5G網(wǎng)絡(luò)后，能實(shí)現(xiàn)高移動(dòng)帶寬方面的業(yè)務(wù)需求。根據(jù)過去的相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，到2025年，對(duì)于AR/VR市場(chǎng)，其規(guī)?？梢酝黄?820億美元。想要達(dá)到預(yù)期效果，單用戶帶寬就需要達(dá)到至少200Mbit/s，同時(shí)為避免使用者產(chǎn)生眩暈感，時(shí)延不能超過20ms，基于此，必須借助5G技術(shù)才能滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，使其達(dá)到預(yù)期的商用目標(biāo)[1]。5G技術(shù)可以為家庭提供全新的接入方案，采用無線接入取代現(xiàn)有方案，能更加靈活和方便的進(jìn)行部署，并能節(jié)省相應(yīng)的投資。車聯(lián)網(wǎng)先后經(jīng)歷了以有線通信為核心的路側(cè)單元和以2G、3G及4G網(wǎng)絡(luò)為核心的車載信息服務(wù)，現(xiàn)在的車聯(lián)網(wǎng)在通信技術(shù)支持下，正在向更高水平發(fā)展，開始進(jìn)入到自動(dòng)駕駛的全新時(shí)代。根據(jù)各國(guó)的發(fā)展規(guī)劃，通過對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的合理應(yīng)用，可以在2025年實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)駕駛汽車生產(chǎn)，其市場(chǎng)規(guī)模可以達(dá)到至少1萬億美元。由于電網(wǎng)對(duì)運(yùn)行安全性和可靠性提出了很高的要求，而且還具有全覆蓋特性，所以智能電網(wǎng)需要在做好海量連接的基礎(chǔ)上，使可靠度達(dá)到99.999%以上。大量終端設(shè)備在相同的時(shí)間接入和在20ms以內(nèi)的時(shí)延，時(shí)其運(yùn)行保持安全與可靠的基本需要。5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景、能力要求和關(guān)鍵技術(shù)之間的關(guān)系如圖1所示。

二、5G關(guān)鍵技術(shù)

（一）自組織網(wǎng)絡(luò)

在以往的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，大多采用人工進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署與運(yùn)行維護(hù)，這樣不僅需要耗費(fèi)大量的資源，而且還會(huì)增大運(yùn)行成本，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果也無法達(dá)到預(yù)期。而對(duì)于5G而言，將面臨到不同方面的挑戰(zhàn)，包括網(wǎng)絡(luò)部署、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)與網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，其原因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)涉及不同的無線接入技術(shù)，并且不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其覆蓋能力有所不同，相互關(guān)系也錯(cuò)綜復(fù)雜?；诖耍越M織網(wǎng)絡(luò)由于具有智能化特點(diǎn)，所以必將在5G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮出重要作用，成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。通過對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能有效解決以下兩個(gè)方面的問題：第一，在網(wǎng)絡(luò)部署階段實(shí)現(xiàn)自規(guī)劃與自配置;第二，在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段實(shí)現(xiàn)自優(yōu)化與自愈合。其中，自配置指的是對(duì)所有新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的配置都可以做到即插即用，以此在降低安裝難度的基礎(chǔ)上減少成本。自優(yōu)化的主要目的在于減少實(shí)際業(yè)務(wù)工作量，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，增強(qiáng)性能表現(xiàn)。自愈合是指對(duì)系統(tǒng)問題進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和定位，并及時(shí)排除故障，以此在降低維護(hù)成本的基礎(chǔ)上，防止影響到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及用戶體驗(yàn)。而自規(guī)劃的主要目的在于對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施動(dòng)態(tài)規(guī)劃，并對(duì)其予以嚴(yán)格的執(zhí)行，以切實(shí)滿足容量擴(kuò)展和業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)檢測(cè)等方面的要求[2]。

（二）內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

在5G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，直接面向于大量用戶的不同業(yè)務(wù)需求快速增長(zhǎng)，使網(wǎng)絡(luò)流量呈幾何增長(zhǎng)，這樣會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)造成影響。怎樣有效的對(duì)大流量業(yè)務(wù)進(jìn)行分發(fā)，縮短用戶獲取到想要信息的時(shí)延，是運(yùn)營(yíng)商必須解決的難題之一[3]。只通過增加帶寬無法解決問題，而且還會(huì)受到網(wǎng)站及路由等因素的影響。以上問題都和服務(wù)器間距存在密切的關(guān)系。采用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)能為5G網(wǎng)絡(luò)提供可靠支撐，增加容量，提高用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量水平。對(duì)于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，它是指在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增加新層次，也就是智能虛擬網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對(duì)不同節(jié)點(diǎn)所處的連接狀態(tài)和負(fù)載情況等進(jìn)行綜合考慮，然后將不同的內(nèi)容分發(fā)到與用戶相靠近的服務(wù)器，使用戶能夠就近的獲得需要的信息，以此緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，縮短響應(yīng)時(shí)間，并加快響應(yīng)的速度。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為在用戶側(cè)和源SERVER之間建立若干代理SERVER，以此在有效降低延遲的基礎(chǔ)上，有效提高QOS。在用戶發(fā)出了內(nèi)容請(qǐng)求之后，若源服務(wù)器在之前就接收到過類似請(qǐng)求，則這一請(qǐng)求會(huì)被內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)重定向至與用戶相距最近的代理服務(wù)器，然后由代理服務(wù)器對(duì)內(nèi)容進(jìn)行發(fā)送。基于此，源服務(wù)器僅需將相應(yīng)的內(nèi)容發(fā)送至代理服務(wù)器，即可使用戶利用帶寬充足且距離最近的代理服務(wù)器進(jìn)行內(nèi)容獲取，以此降低網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，同時(shí)增強(qiáng)用戶服務(wù)體驗(yàn)。伴隨云計(jì)算技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)將向著專業(yè)化和定制化的方向快速邁進(jìn)。

（三） D2D通信

對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)，其容量和頻譜效率都必須得到提升，提供更多通信模式和良好用戶體驗(yàn)對(duì)5G而言是重要的演進(jìn)方向。D2D通信作為設(shè)備之間的通信，在提高系統(tǒng)性能、提升用戶體驗(yàn)、緩解基站壓力、保證頻譜實(shí)際利用率等方面具有良好的應(yīng)用前景?；诖?，在5G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，D2D可作為一項(xiàng)重要的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于D2D通信，它是將蜂窩系統(tǒng)作為基礎(chǔ)形成的可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行近距離實(shí)時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)，使數(shù)據(jù)在不同的終端之間完成傳輸，無需在基站中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并且所有控制信令都能通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中采用D2D通信，能有效減輕基站的負(fù)擔(dān)，縮短端到端信息傳輸時(shí)延，大幅提高頻譜效率，并能減小終端的發(fā)射功率。如果無線通信設(shè)施發(fā)生故障或被損壞，則終端可以利用D2D進(jìn)行端到端通信，在條件允許的情況下，還可以接入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)，不僅能在授權(quán)頻段對(duì)D2D通信進(jìn)行部署，還能在非授權(quán)頻段完成部署[4]。

（四） M2M通信

M2M在物聯(lián)網(wǎng)中是最為常用的一種形式，目前在很多領(lǐng)域都有所應(yīng)用，包括智能電網(wǎng)、安全監(jiān)測(cè)、城市信息化和環(huán)境監(jiān)測(cè)。早在3G時(shí)代，就對(duì)M2M制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)立項(xiàng)開始對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究。對(duì)M2M給出的定義，可分為廣義與狹義。其中，廣義上的M2M指的是對(duì)設(shè)備之間、人和設(shè)備之間以及網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間進(jìn)行通信，包含所有實(shí)現(xiàn)通信的相關(guān)技術(shù);而狹義上的M2M指的是設(shè)備間通信。對(duì)M2M而言，智能化和交互式是它的主要特征，基于這一特征，設(shè)備將更加智慧和智能，為5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，提供可靠的硬件支持[5]。

三、結(jié)束語

綜上所述，5G不僅僅是一場(chǎng)重要的技術(shù)革新，更重要的是它蘊(yùn)含著千萬億級(jí)的市場(chǎng)。5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景更加多樣，想要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，需要得到各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的大力支持，包括自組織網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、D2D通信和M2M通信等等。

參考文獻(xiàn)：

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