5G 通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景與關(guān)鍵技術(shù)分析

徐博文，丁明玲，孫 震

（中國(guó)電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)通信質(zhì)量的要求也逐步提高。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，5G 通信技術(shù)在各方面都有了較大的提升，為用戶(hù)提供了更好的體驗(yàn)，更高的帶寬以及更豐富的服務(wù)。本文對(duì)5G 通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，為更全面的掌握5G 技術(shù)要點(diǎn)提供參考。

1 5G 通信技術(shù)的特征

1.1 拓展性

5G 通信技術(shù)是新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，是在4G的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新和完善。5G 技術(shù)具備帶寬高、傳輸速度快、移動(dòng)性好、數(shù)據(jù)傳輸延遲小、區(qū)域通信能力好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足不同用戶(hù)在不同區(qū)域的使用需求，提升用戶(hù)感知。

1.2 節(jié)能性

傳統(tǒng)的通信技術(shù)需要為每一個(gè)實(shí)際使用者建立獨(dú)立的信息處理網(wǎng)絡(luò)，效率低且難以有效利用資源。5G 通信技術(shù)有效地改善了上述不足，通過(guò)高效地構(gòu)建信息組織網(wǎng)，提高了信息交換的能力以及資源利用率。此外，為了降低運(yùn)營(yíng)商成本，5G 通信組網(wǎng)的能耗都控制在較低的水平，從而在不影響通信效果的情況下，降低能耗。

1.3 可靠性

5G 通信技術(shù)的推廣使用，使得同時(shí)滿(mǎn)足同一區(qū)域大量用戶(hù)的使用需求成為了可能，用戶(hù)的體驗(yàn)度得到了提升。為實(shí)現(xiàn)上述功能，運(yùn)營(yíng)商投入了大量的資源構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，并積極將科研成果運(yùn)用到通信技術(shù)的革新中，確保了5G 通信網(wǎng)絡(luò)具備可觀的系統(tǒng)容量，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息的穩(wěn)定傳輸，從而保證了海量用戶(hù)的使用需求，提升了通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性[1]。

2 5G 通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景分析

相對(duì)于前幾代通信技術(shù)，5G 通信網(wǎng)絡(luò)在傳輸速度、通信質(zhì)量、傳輸時(shí)延等方面都有了較大的提升，提供了更好的用戶(hù)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了三網(wǎng)合一，滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)對(duì)信息交換的需求。隨著移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，擁有強(qiáng)大功能的移動(dòng)通信終端逐漸普及，在商業(yè)區(qū)、辦公樓等人員密集地區(qū)，容易形成高容量的熱點(diǎn)區(qū)域。通信網(wǎng)絡(luò)需要在短時(shí)間內(nèi)為該區(qū)域內(nèi)的所有使用者提供便捷、快速以及高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。然而，前幾代的通信網(wǎng)絡(luò)由于架構(gòu)不夠成熟、傳輸速率不快，導(dǎo)致在上述應(yīng)用場(chǎng)景下，通信網(wǎng)絡(luò)速度十分緩慢，用戶(hù)難以獲得高質(zhì)量的服務(wù)體驗(yàn)[2]。而5G 通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)廣域覆蓋，確保熱點(diǎn)區(qū)域的用戶(hù)能夠快速獲取信息。除此之外，5G 網(wǎng)絡(luò)高速率，低時(shí)延的特性，為用戶(hù)提供了更好的服務(wù)，也為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 5G 關(guān)鍵技術(shù)研究

5G 通信技術(shù)涉及多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，充分了解5G 通信技術(shù)的技術(shù)參數(shù)、主要類(lèi)型、使用特點(diǎn)等，為技術(shù)的實(shí)踐及應(yīng)用提供可靠的知識(shí)儲(chǔ)備，確保5G 關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。

3.1 大規(guī)模MIMO 技術(shù)

為了提升通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸能力，5G 通信技術(shù)利用大規(guī)模MIMO 技術(shù)，提升通信網(wǎng)絡(luò)的信息收發(fā)能力，從而有效降低信息傳輸?shù)臅r(shí)延，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，提高用戶(hù)滿(mǎn)意度。

大規(guī)模MIMO 技術(shù)具備很多優(yōu)勢(shì)，包括以下幾點(diǎn)：首先，大規(guī)模MIMO 技術(shù)可以在不改變頻譜寬度的情況下，大幅提升通信網(wǎng)絡(luò)的信道容量，有效提升信道容量利用率，從而構(gòu)建完整的5G 通信系統(tǒng)。其次，大規(guī)模MIMO 技術(shù)能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)通信系統(tǒng)在頻譜帶寬方面的不足，減少運(yùn)營(yíng)成本，提升通信系統(tǒng)的可靠性。最后，在通信系統(tǒng)的天線方面，大規(guī)模MIMO 技術(shù)依托于先進(jìn)的有源天線單元技術(shù)，并利用天線單元的科學(xué)編碼，使得其可以在垂直方向上實(shí)施動(dòng)態(tài)波束賦形，提升了天線的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量以及效率，擴(kuò)大了信號(hào)的覆蓋范圍，有效地提升了通信能力。與此同時(shí)，信號(hào)范圍的擴(kuò)大意味著對(duì)信號(hào)基站的需求減少，降低建設(shè)成本，節(jié)約資源，為通信企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益良好發(fā)展提供了可能[3]。

3.2 超密集組網(wǎng)技術(shù)

通常來(lái)說(shuō)，超密集組網(wǎng)技術(shù)是利用增加基站密度，尤其是建設(shè)大量的小型通信基站來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到高效的頻率復(fù)用，形成完善的通信機(jī)制。近年來(lái)，超密集組網(wǎng)技術(shù)得到了良好的發(fā)展，其已經(jīng)形成了一系列成熟的技術(shù)，包括無(wú)限物理技術(shù)以及虛擬層技術(shù)。在無(wú)限物理技術(shù)的支持下，5G 通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜帶寬使用效果得到了有效的提高，加強(qiáng)了通信網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)強(qiáng)度以及通信質(zhì)量，擴(kuò)大了通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，擴(kuò)充了5G 通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量，從而滿(mǎn)足任何熱點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景下的用戶(hù)使用需求。

虛擬層技術(shù)與物理技術(shù)不同，其更多的是網(wǎng)絡(luò)層面上的優(yōu)化，依托于單層實(shí)體通信系統(tǒng)，進(jìn)行多層網(wǎng)絡(luò)的虛擬數(shù)據(jù)處理。通信基站以單層實(shí)體網(wǎng)絡(luò)為依托，以宏基站為平臺(tái)，構(gòu)建其虛擬網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。實(shí)體基站作為實(shí)體層的承載平臺(tái)，負(fù)責(zé)對(duì)所有的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。在虛擬層技術(shù)的支持下，通信企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)5G 通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)管控，根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求，靈活調(diào)整資源分配情況，實(shí)現(xiàn)資源利用的最優(yōu)化，避免出現(xiàn)部分區(qū)域由于資源分配不及時(shí)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)速度緩慢，通信效果不佳，保證了用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量。

3.3 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

5G 通信的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)（NFV）兩類(lèi)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)虛擬化的一種，利用核心技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面與數(shù)據(jù)面分離開(kāi)來(lái)，降低了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的復(fù)雜度，提升了網(wǎng)絡(luò)管理水平，促進(jìn)了通信網(wǎng)絡(luò)智能化建設(shè)。在前幾代的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)全新的需求，技術(shù)人員就需要重新對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)且難度大。SDN 技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上緩解了上述問(wèn)題，技術(shù)人員可以利用SDN 技術(shù)，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行快速的修正，及時(shí)地滿(mǎn)足用戶(hù)需求，提升了通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平以及靈活性。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)是指通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化處理，降低硬件系統(tǒng)規(guī)模過(guò)大對(duì)日常維護(hù)造成的巨大壓力。NFV 技術(shù)以云服務(wù)器為依托，利用虛擬機(jī)技術(shù)對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化，使得系統(tǒng)的技術(shù)難度大幅下降，并可以根據(jù)用戶(hù)需求，靈活的調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，改善系統(tǒng)架構(gòu)，提升服務(wù)水平。近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息化技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，在這些技術(shù)的幫助下，NFV 可以在單一的物理服務(wù)器上部署，從而實(shí)現(xiàn)了在提升效率的同時(shí)，降低了運(yùn)營(yíng)成本和壓力。除此之外，NFC 技術(shù)的實(shí)施，有助于通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中故障的及時(shí)排查，降低了未來(lái)系統(tǒng)升級(jí)和優(yōu)化的工作難度[4]。

3.4 邊緣計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算技術(shù)作為5G 通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是指在網(wǎng)絡(luò)邊緣提供運(yùn)算和存儲(chǔ)單元，從而實(shí)現(xiàn)快速處理數(shù)據(jù)的技術(shù)方法。傳統(tǒng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行復(fù)雜，先要將數(shù)據(jù)從基站傳遞到業(yè)務(wù)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)若干網(wǎng)絡(luò)單元處理及轉(zhuǎn)發(fā)，用戶(hù)才能通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將所需的數(shù)據(jù)下載下來(lái)，整個(gè)環(huán)節(jié)耗時(shí)長(zhǎng)，延遲高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量也有較高的要求。當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的要求日益提高，傳輸速率的緩慢以及高時(shí)延都會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)滿(mǎn)意度的下降。因此，邊緣計(jì)算技術(shù)的重要性日益凸顯。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)邊緣提供電信級(jí)的運(yùn)算和存儲(chǔ)資源，業(yè)務(wù)處理本地化，從而實(shí)現(xiàn)了傳輸速率的提升，讓大規(guī)模數(shù)據(jù)的及時(shí)處理成為了可能。除此之外，邊緣計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用使得5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和效率得到了有效的提升，減少了核心網(wǎng)設(shè)備的傳輸壓力，改善了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管道化的現(xiàn)狀，從而實(shí)現(xiàn)了構(gòu)建快速、便捷、安全的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)的進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，推廣5G 通信技術(shù)是大勢(shì)所趨。5G 通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與完善，將會(huì)對(duì)我國(guó)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。為了加快5G 通信技術(shù)的戰(zhàn)略布局，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化，技術(shù)人員應(yīng)該積極分析5G 通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，充分理解5G 通信技術(shù)的技術(shù)細(xì)節(jié)，從而為未來(lái)的技術(shù)革新和優(yōu)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。