基于5G網(wǎng)絡中的關鍵技術及實際應用分析

王璐　楊方明

摘要：本文針對5G網(wǎng)絡進行全面分析，了解5G網(wǎng)絡覆蓋的劃時代意義，分析當前5G網(wǎng)絡的發(fā)展前景和應用優(yōu)勢，掌握5G網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域，重點研究5G網(wǎng)絡的關鍵技術，探索5G網(wǎng)絡在安卓系統(tǒng)安全、智能平安社區(qū)管理、遠程醫(yī)療等民生應用中的通信服務應用，促進我國5G網(wǎng)絡建設的全面推進。

關鍵詞：5G網(wǎng)絡;發(fā)展前景;關鍵技術;實際應用分析

1 5G網(wǎng)絡的概述

1.1 5G網(wǎng)絡覆蓋的意義

隨著通訊技術的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)發(fā)展到第五代通訊網(wǎng)絡技術，稱之為5G網(wǎng)絡，繼4G網(wǎng)絡的延伸后，5G網(wǎng)絡的實際速度可以達到1Gbps運行速度以上，極大程度的提高了人們的上網(wǎng)體驗，對城市網(wǎng)絡發(fā)展具有重要意義。就我國目前的移動通訊系統(tǒng)而言，對無線通訊的不斷優(yōu)化與開發(fā)，實現(xiàn)了5G網(wǎng)絡的全面推廣，并在5G網(wǎng)絡的全面覆蓋中，同時也面臨著巨大的考驗。首先5G網(wǎng)絡的進入可以促使各區(qū)域的數(shù)據(jù)量變得巨大，有望突破以往的一千倍以上，并且5G網(wǎng)絡的設備連接一會遠遠超過4G網(wǎng)絡的設備連接，并且也會提升用戶上網(wǎng)速率的百倍以上，有效的降低了低功率設備的電池消耗，延遲了電池的使用壽命，并可以提升端網(wǎng)直接的傳輸速率，降低傳輸延遲現(xiàn)象。不但如此，在5G無線網(wǎng)接入范圍內的性能拓展以外，5G無線網(wǎng)還能夠實現(xiàn)高效的甚至靈活的網(wǎng)絡資源共享，因此，5G無線網(wǎng)能夠實現(xiàn)各類型的客戶合作。

1.2 5G網(wǎng)絡目前的發(fā)展背景

自2015年背景召開IMT-2020峰會中提出的5G技術規(guī)劃以來，我國5G網(wǎng)絡建設正在加緊進行，其中會議提出的5G技術包含無線技術和網(wǎng)絡技術兩塊內容。在網(wǎng)絡架構上，如何將SDN和NFV理念引入5G網(wǎng)絡中是當前重要的研究內容，但是5G網(wǎng)絡如何在各個場景中實現(xiàn)仍然存在較大的分歧，為此，深入研究5G網(wǎng)絡關鍵技術具有重要意義。

2 5G網(wǎng)絡的應用優(yōu)勢

就我國當前的5G網(wǎng)絡來看，在應用中主要具備量大優(yōu)勢，分別是高速下載和高兼容性。首先從下載速率層面來看，5G網(wǎng)絡相比于4G網(wǎng)絡提升了百倍速率，從官網(wǎng)給出的TD-LTE數(shù)據(jù)可以看出，傳統(tǒng)4G 網(wǎng)絡的下載速度可以達到40M/s的體驗，相當于可以支持高清視頻的播放以及高品質音樂的下載等量數(shù)據(jù)的傳輸服務。而5G網(wǎng)絡的到來，直接將下載速度提升到了3.6G/s，以目前的硬盤讀寫技術來說，固態(tài)硬盤的讀寫速度為250M/s，即使是普通硬盤也能夠達到100M/s的讀寫速度。5G網(wǎng)絡的下載速度遠遠超過了硬盤的讀寫速度。

其次從5G網(wǎng)絡的兼容性來看，作為未來通信網(wǎng)絡的趨勢，5G網(wǎng)絡肩負著重要的責任，結合5G網(wǎng)絡關鍵技術的設計方向來看，其中涵蓋了4G、3G、2G網(wǎng)絡中所有的無線通信技術平臺，彰顯出5G網(wǎng)絡強大的兼容性，實現(xiàn)了良好的資源整合方案，同時也大大降低了5G網(wǎng)絡的維護成本，解決了資本開支。

3 5G網(wǎng)絡技術規(guī)劃

為了能夠更好的實現(xiàn)5G網(wǎng)絡的規(guī)劃，應該基于人工智能技術的理念，應用在5G網(wǎng)絡的規(guī)劃過程中，不但可以有效的提升5G無線網(wǎng)的運行速度，還能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡架構搭建的不斷創(chuàng)新，逐漸實現(xiàn)新型的5G無線網(wǎng)架構、多天線傳輸規(guī)劃以及D2D技術等。就目前的現(xiàn)狀而言，基于人工智能視野下，采用LTE技術接入到5G無線網(wǎng)的架構中，不但可以減少網(wǎng)絡系統(tǒng)的延時，提升網(wǎng)絡傳輸速率，還可以減少網(wǎng)絡搭建成本和運維成本。在人工智能的引入環(huán)境下，未來5G無線網(wǎng)的搭建將采用C-RAN技術的介入，利用C-RAN的集中化處理特點，能夠實現(xiàn)協(xié)作式網(wǎng)絡介入和云計算等架構，其技術的基本思路是可以充分利用自身的特點，降低光網(wǎng)絡傳輸?shù)某杀荆軌蛴行У膶崿F(xiàn)遠端的天線與集中化信息節(jié)點之間的無線傳輸，并以此為基礎，覆蓋大量的服務基站，并可以實現(xiàn)百公里內的設備進行無線接入功能。應用C-RAN進行架構搭建，能夠有效的實現(xiàn)協(xié)調技術，并且降低外界對5G無線網(wǎng)造成的干擾，降低運行能耗，摒棄提高頻譜的效率，與此同時，還可以對智能網(wǎng)聯(lián)進行集中處理，很大程度的降低了運維成本，也減少了人員維護的工作量，有效節(jié)約了運營開支?；谌斯ぶ悄芗夹g的應用，還可以在5G無線網(wǎng)規(guī)劃中引入有源天線陣列，并將傳統(tǒng)的2D陣列升級到現(xiàn)在的3D陣列，增加天線的數(shù)量。同時，還可以實現(xiàn)創(chuàng)新的3D-MIMO技術，不斷的降低外界對網(wǎng)絡的干擾，實現(xiàn)全面的無障礙覆蓋，通過3D-MIMO技術的全面實施，可以良好的掌握5G無線網(wǎng)空間的接收品質，在以往的巔峰網(wǎng)絡狀態(tài)時，也僅僅是通過網(wǎng)絡基站實現(xiàn)對周圍的網(wǎng)絡覆蓋，網(wǎng)絡基站具有極大的局限性，靈活性較差，不能及時作出調整和移動，甚至中繼站也一樣，靈活性都比較差，這樣的現(xiàn)象已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的網(wǎng)絡需求，目前無線網(wǎng)絡的應用越來越廣泛，無線設備的用戶量和業(yè)務量在逐年成倍增長，這樣的以基站為中心向四周覆蓋網(wǎng)絡的形式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的網(wǎng)絡需求。因此，在5G無線網(wǎng)的搭建中，應該充分引入人工智能理念，采用D2D技術的應用，通過D2D技術能夠實現(xiàn)無基站傳輸，不用借助基站進行網(wǎng)絡始末端通訊傳輸，可以實現(xiàn)全新的網(wǎng)絡連接方式。D2D技術能夠有效的實現(xiàn)短距離傳輸，這樣就保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝裕档土司W(wǎng)絡擁堵和延時的現(xiàn)象，同時也降低了傳輸能耗，提高了網(wǎng)絡傳輸?shù)馁|量。傳統(tǒng)的蜂窩通信傳輸方式主要是以網(wǎng)絡基站為中心向四周進行覆蓋，通過5G無線網(wǎng)對人工智能技術的相關應用，完美的改善了這一現(xiàn)狀，提升了網(wǎng)絡體驗，提高了網(wǎng)絡的靈活性與可靠性。通過D2D技術的傳統(tǒng)，能夠實現(xiàn)高質量的傳輸速度，減少網(wǎng)絡傳輸距離帶來的延時。

4 5G網(wǎng)絡的關鍵技術

4.1高頻段通訊技術

在傳統(tǒng)的移動通訊工作中，頻段通訊一般集中在3GHz以下，導致頻譜資源極度緊張，高頻段的資源尚未全面開發(fā)，可用頻譜豐富，5G網(wǎng)絡關鍵技術能夠實現(xiàn)高頻段的短距離通信，同時也能夠滿足5G網(wǎng)絡傳輸?shù)乃俾屎痛鎯θ萘啃枨?。因此，高頻段通信技術時5G網(wǎng)絡未來重點發(fā)展目標，在5G網(wǎng)絡設計中受到廣泛關注，高頻段能夠為5G網(wǎng)絡提供充足的可用帶寬，同時實現(xiàn)無線設備小型化發(fā)展，也可以大幅度的實現(xiàn)5G網(wǎng)絡天線的增益，具有超高的應用價值。但是高頻段通訊也存在一定的缺陷，就是傳輸距離受到限制，并且繞射能力有限，很容易收到外界因素的影響，因此，在未來的發(fā)展中，要針對高頻段通訊進行優(yōu)化與研究，重點發(fā)展稀土的設計和射頻器件的研究，進一步解決相關問題。

4.2大規(guī)模MIMO技術

在5G網(wǎng)絡的大規(guī)模MIMO基站中，通常需要配置上線跟天線，相比于現(xiàn)階段4GMIMO系統(tǒng)的天線數(shù)量要多的多，而且大規(guī)模MIMO基站的服務用戶數(shù)量要少于天線數(shù)量?；臼抢猛粋€時頻資源對多個用戶的設備進行服務，并全面挖掘自由空間。其次，5G網(wǎng)絡中的MIMO基站將原本2D的天線陣列發(fā)展為3D陣列，從而實現(xiàn)了先進的3D-MIMO技術，能夠實現(xiàn)多個用戶的智能波束縛型，降低了多個用戶之間相互干擾的風險，同時也能夠實現(xiàn)基站的同時發(fā)送與接收多個不同信號的能力，大大提升了頻譜的利用率，增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。

4.3終端直通技術

結合當前的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)來看，各個設備之間的通信基本都是依靠無線通信運營商構建的基站實現(xiàn)控制，但是隨著無線業(yè)務的逐漸增多，出現(xiàn)了功耗、容量以及覆蓋等多重問題，并且無法滿足越來越多的用戶需求，同時也無法提供不同場景下的業(yè)務服務。

隨著終端直通技術的出現(xiàn)，可以借助服務基站實現(xiàn)各個通訊終端之間的直接互通，由于具有通信距離短的特點，終端直通技術可以有效的實現(xiàn)高速傳輸?shù)男Ч?，并且解決了功耗問題，降低了延時效果，同時也有效的支持更靈活的網(wǎng)絡架設方式與連接方法，提高了5G網(wǎng)絡的可靠性與靈活性。在5G網(wǎng)絡系統(tǒng)建設中，未來人們可以由終端姿態(tài)技術進行通信，從而組成分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)，每個用戶的節(jié)點都可以實現(xiàn)信號的接收與發(fā)送，同時實現(xiàn)自動路由的功能，共享所有硬件資源，同時可以實現(xiàn)自動路由的所有功能，共享硬件資源，也可以直接訪問，不許要進行中間實體。

4.4新型多址技術

隨著智能終端的全面普及，移動業(yè)務也實現(xiàn)了全面發(fā)展，全新的業(yè)務需求也越來越多，當前的無線傳輸速率以及滿足不了用戶體驗需求。所以，在5G網(wǎng)絡中采用了新型多址接入技術，通過復用的接入方式，改變了傳統(tǒng)的接入方式，新型多址技術在進行發(fā)送時一般采用非正交發(fā)送方式，并通過干擾信息的主動引入，實現(xiàn)接收端的正確解調，其基本思想是利用復雜的接收機設計來換取良好的頻譜效率。新型多址技術能夠將一個資源同時分配給不同的也用戶，尤其是處在上行密集的場景中具有較好的應用價值。新型多址技術在5G網(wǎng)絡彰顯出了良好的性能優(yōu)勢，并且更適合未來網(wǎng)絡發(fā)展方向，通過大量的研究證實，采用新型多址技術可以有效的提高50%的數(shù)據(jù)總量。

4.5超密集網(wǎng)絡

隨著智能終端的全面普及，5G網(wǎng)絡的未來發(fā)展方向將呈現(xiàn)爆炸式增長，數(shù)據(jù)流量也大幅度提升，數(shù)據(jù)業(yè)務將主要集中在室內以及熱點區(qū)域內，大大降低了小區(qū)半徑，實現(xiàn)低功率節(jié)點的增加，以此來保障5G網(wǎng)絡的高流量運行，為此，超密集網(wǎng)絡是未來5G網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵技術。隨著超密集網(wǎng)絡技術的應用，可以有效的改善當前的網(wǎng)絡覆蓋模式，全面提升5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的容量，是愛心靈活的品類復用和網(wǎng)絡部署。此外，在節(jié)點之間的距離逐漸減少，小區(qū)邊界數(shù)也不斷增加，網(wǎng)絡部署越來越密集使得網(wǎng)絡結構越來越復雜，通過炒米機網(wǎng)絡的應用，可以有效的消除干擾，實現(xiàn)小區(qū)間的切換，增強終端的能力。

4.6新型網(wǎng)絡架構

目前，LTE接入網(wǎng)通常采用扁平式網(wǎng)絡架構，可以降低系統(tǒng)的時延現(xiàn)象，節(jié)省網(wǎng)絡建設和維護成本，隨著5G網(wǎng)絡的進入，采用新型的C-RAN網(wǎng)絡架構，實現(xiàn)集中化網(wǎng)絡處理和寫作時無線架構，形成綠色的網(wǎng)絡接入。新型網(wǎng)絡架構的基本理念就是充分利用低成本的高速光傳輸技術，將遠端的天線集中化中心階段傳輸無線信號，從而實現(xiàn)上百個基站的覆蓋和服務，有效的降低 干擾，減少功能，同時提高頻譜效率，實現(xiàn)智能化的動態(tài)網(wǎng)組，集中化處理也能夠有效降低成本。

5 5G網(wǎng)絡的實際應用

5.1 5G網(wǎng)絡在安卓系統(tǒng)中的應用

安卓系統(tǒng)是一種自由和開放是的源代碼操作系統(tǒng)，其主要應用在移動終端設備中，案追系統(tǒng)的架構和操作系統(tǒng)相同，都是采用分層架構，其主要分為四層，包括應用程序層、系統(tǒng)內核層、應用程序框架層和系統(tǒng)運行庫層。對于系統(tǒng)內核層來說，可以發(fā)揮出5G網(wǎng)絡的應用，利用5G納米技術實現(xiàn)安卓基礎文件和硬件的分離效果。由于5G網(wǎng)絡傳輸速率高，可以實現(xiàn)無縫隙的將硬件驅動由云存儲轉化到終端，大大降低了終端的使用空間，同時也豐富了終端的外設裝置，并且安卓系統(tǒng)本身的開放性對自身的安全性產(chǎn)生影響，為通訊安全帶來了巨大的考驗，通過5G納米技術的應用可以提高保密性，通過量子密碼學進行系統(tǒng)加密，降低了安卓系統(tǒng)信息泄露的風險。

5.2 5G網(wǎng)絡醫(yī)療領域的應用

5G網(wǎng)絡的發(fā)展使遠程醫(yī)療不再遙遠，通過5G網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，在醫(yī)療領域即將實現(xiàn)遠程診斷。就我國當前人口特征來看，老齡化問題在社會發(fā)展中越來越嚴重，老年疾病的發(fā)病率也在急速上升，對我國醫(yī)療機構的資源需求也越來越大。目前，我國醫(yī)療領域面臨著人才稀缺的問題，每年醫(yī)學相關的應屆畢業(yè)生從事醫(yī)生本專業(yè)工作的占比不足20%，面臨著社會對醫(yī)療人才的需求越來越大，給醫(yī)療機構帶來了巨大的難題，為了有效的解決這一問題，實現(xiàn)醫(yī)療資源的配置和優(yōu)化，需要有效提高醫(yī)療資源配置效率。隨著5G網(wǎng)絡的進入，能夠有效的實現(xiàn)遠程醫(yī)療服務，大大的降低了現(xiàn)場就醫(yī)的成本，同時也簡化了醫(yī)療診斷流程，為生活在偏遠地區(qū)的人們提供了 醫(yī)療便利，5G實現(xiàn)遠程診斷后，人們可以足不出戶享受醫(yī)療服務，患者也可以在當?shù)鼐拖硎馨l(fā)達地區(qū)的專家會診，徹底又花了醫(yī)療資源配置，促進我國醫(yī)療領域的全面提升。

5.3 5G網(wǎng)絡在智慧社區(qū)建設中的綜合管理

基于5G網(wǎng)絡構建智慧社會管理平臺，將社區(qū)所有的智慧化子系統(tǒng)接入到平臺統(tǒng)一管理，自主開發(fā)多謝已適配以及聯(lián)動控制等模塊，實現(xiàn)子系統(tǒng)的集中管理和一鍵控制等功能。在智慧平安社區(qū)的管理中，通過5G網(wǎng)絡能夠職能出發(fā)襄穎園，實現(xiàn)消防告警預案聯(lián)動，比如在發(fā)生消防告警時，通過5G技術可以啟動相應等級的消防應急預案，播放公共廣播吸引，播報應對措施，選擇逃生線路，同時啟動監(jiān)控中心聲光告警，視頻系統(tǒng)高清攝像頭切換火情位置，投放到監(jiān)控中心大屏幕上，消防煙霧探測開啟，逃生線路門禁自動打開。

6 結束語

綜上所述，城市5G網(wǎng)絡的搭建正朝著綜合化、智能化以及多元化發(fā)展，隨著關鍵技術的植入，5G網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)多個領域的應用，對未來的通信領域發(fā)展具有重要意義。未來的城市網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量需求一定會成倍增長，為了更好的實現(xiàn)城市5G網(wǎng)絡規(guī)劃，應該不斷探索和研究5G網(wǎng)絡關鍵技術的優(yōu)化與應用，促進未來通信技術的發(fā)展。

參考文獻

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