5G通信場景及關(guān)鍵技術(shù)研究

雷 園

（陜西省人民醫(yī)院，陜西 西安 710068）

0 引 言

5G通信是一項具有里程碑意義的技術(shù)，是中國在核心技術(shù)的基礎(chǔ)架構(gòu)上取得的重大突破。5G通信技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志我國通信技術(shù)進(jìn)入了一個全新的時代，使用的技術(shù)也更加的先進(jìn)，相較于以往的通信技術(shù)有著更大的優(yōu)勢，保密性與傳輸速度都是以往技術(shù)無法相比的，滿足了現(xiàn)代用戶的大部分需求。并且隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及，許多以5G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新型理念在蓬勃發(fā)展，如物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程操控等，都是利用了5G網(wǎng)絡(luò)速度快、延遲低等特點(diǎn)，將助力中國經(jīng)濟(jì)更加快速的發(fā)展。各種以5G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的理念也同時在以不同的方式回饋社會，如智慧城市、遠(yuǎn)程會診以及醫(yī)療等。

1 5G通信技術(shù)的特點(diǎn)

5G通信技術(shù)同4G通信技術(shù)有根本區(qū)別，5G通信技術(shù)有著更好的科技體驗以及更前沿的設(shè)計理念，增加了新的技術(shù)，有著更加廣闊的應(yīng)用市場[1]。在上游連接移動通信基礎(chǔ)設(shè)施，包括基站系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等，由中游的運(yùn)營商進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)并與用戶連接，然后各個下游廠商可以利用5G通信技術(shù)在各個領(lǐng)域發(fā)展?，F(xiàn)在比較流行的5G商用模式包括自動駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。除了在開發(fā)的智能設(shè)備外，在5G通信技術(shù)的推動下，新的應(yīng)用正在不斷被開發(fā)，且規(guī)模不斷增長。不同設(shè)備之間有著不同甚至互相沖突的需求，所以需要5G網(wǎng)絡(luò)同時支持不同設(shè)備的連接需求，并提供極快的連接速度與較低的連接成本。

1.1 技術(shù)應(yīng)用理念

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，未來將會是一個可編程的時代。在傳統(tǒng)的4G時代，是人與人之間的聯(lián)系，而未來，更多的是人與物或者物與物互聯(lián)的需求。傳統(tǒng)的通信技術(shù)無法滿足未來社會發(fā)展的要求，5G技術(shù)為了滿足未來用戶需求而進(jìn)行了相應(yīng)的改變，從基礎(chǔ)架構(gòu)的改變到上層建筑的體驗升級，5G通信技術(shù)將會給用戶帶來一個全新的體驗。同時匹配當(dāng)今高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)，符合現(xiàn)代發(fā)展，這也是5G通信技術(shù)較為前衛(wèi)的設(shè)計思想，帶給通信技術(shù)領(lǐng)域全新的發(fā)展，能夠滿足用戶的最新需求。5G通信技術(shù)的方向就是進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，讓用戶有著不一樣的體驗，打破常規(guī)，進(jìn)一步更新?lián)Q代，跟隨時代的腳步。

1.2 通信技術(shù)發(fā)展

通信技術(shù)隨著人類社會交流的需求而發(fā)展。無線通信技術(shù)由2G技術(shù)逐漸發(fā)展而來，無論是技術(shù)還是通信水平都在逐步提高，與以往有著較大的差別?，F(xiàn)在發(fā)展到了5G通信，這將會是人類目前為止最安全、最穩(wěn)定、最快速的通信技術(shù)。它融合以往幾代的優(yōu)點(diǎn)同時進(jìn)行了相應(yīng)的改變，彌補(bǔ)了以往幾代的缺點(diǎn)，設(shè)計理念也由以前服務(wù)于個人轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線網(wǎng)路全覆蓋，旨在推動萬物互聯(lián)。5G技術(shù)增加了人工智能的科技，使得科技感更足，更加智能化，水平得到大幅度提升。

1.3 傳輸速度提高

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求速度快、保密性強(qiáng)等，這也是用戶的需求。5G通信技術(shù)通過更加先進(jìn)的技術(shù)與基礎(chǔ)架構(gòu)能夠為用戶提供快捷安全的網(wǎng)絡(luò)通信，滿足用戶對通信網(wǎng)絡(luò)的需求。通信技術(shù)從2G開始，每一次的更新?lián)Q代都是速度提升的開始，已經(jīng)延續(xù)到了第五代，速度得到了全面提升，這也是時代的變化。跟隨時代的腳步，滿足當(dāng)下快節(jié)奏的生活模式。

1.4 節(jié)能環(huán)保效率提高

現(xiàn)在做任何事情都講究效率的高低，人們對效率的要求很高，尤其在辦公時，希望通信設(shè)施能夠帶給其高效率，這也是當(dāng)今時代的特征。5G通信技術(shù)的研發(fā)就是跟隨時代而產(chǎn)生的，改變了以往的模式，有了新的設(shè)計理念，并且傳輸速度更快捷、保密性更強(qiáng)，有了更快的傳輸速度就會帶來更高的效率。5G通信的利用率可以說是從2G通信技術(shù)發(fā)展以來最高的，采用先進(jìn)的科技保障信號的流暢性，通信水平得以提高，效率更好，并且5G通信技術(shù)采用的技術(shù)非常節(jié)能，損耗較小。

1.5 集成化程度高

在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，萬物互聯(lián)已經(jīng)成為時代的主流。傳統(tǒng)的4G通信技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)面向移動寬帶，能夠在較低的延遲下傳輸圖片等信息。但在萬物互聯(lián)的時代，4G通信技術(shù)的延遲是不能忍受的。而通過5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)分析可以發(fā)現(xiàn)，其相對于4G網(wǎng)絡(luò)有了質(zhì)的提高，無論是傳輸速度還是傳輸帶寬上都比4G要提升不少。因此，在5G網(wǎng)絡(luò)的加持下，消費(fèi)者可以通過手機(jī)終端以接近無延遲的狀態(tài)連接其他設(shè)備，將不同的設(shè)備集成到一臺設(shè)備上控制，優(yōu)化用戶體驗。并且5G應(yīng)用融合發(fā)展也成為一種趨勢，在未來，萬物之間的聯(lián)系將會更加緊密，各個設(shè)備之間的交互也會變得更加簡單。

2 5G通信技術(shù)

2.1 有源天線陣列

有源天線列陣也可以稱為5G多天線傳輸技術(shù)，其目的是為了提升5G通信技術(shù)的效率，利用頻譜資源進(jìn)行5G通信技術(shù)的傳播，能夠有效減少資源的損耗、提升傳輸效率、保障5G傳輸?shù)姆€(wěn)定性。有了該項技術(shù)就不會出現(xiàn)在惡劣環(huán)境下斷網(wǎng)的情況，有效保證了網(wǎng)絡(luò)的流暢性。當(dāng)一根傳輸線出現(xiàn)問題時不會影響整體的傳輸，而且降低了維修成本，投入小，還可以擴(kuò)大5G通信的覆蓋范圍，使之有了更廣闊的覆蓋面積和發(fā)展空間，滿足用戶們的高需求[2]。

2.2 多入多出技術(shù)

在通信中，人們最希望的是有穩(wěn)定的頻率，5G通信技術(shù)采用了多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)，主要目的就是保證通信的穩(wěn)定，在接收和發(fā)出裝置上增加接收器，這樣一來就可以保持穩(wěn)定的功率，也保障了資源的利用更加合理[3]。優(yōu)化MIMO技術(shù)的裝置，使其變得更加高效簡潔，還有一個優(yōu)點(diǎn)就是可以避免其余雜音對信號的干擾。

2.3 全服務(wù)化設(shè)計

5G技術(shù)開發(fā)的目的是解決用戶對于網(wǎng)絡(luò)的需求，主要服務(wù)于用戶，使得用戶有全新的體驗。但是每一位用戶的需求都不一樣，如何滿足眾多用戶的需求，5G通信技術(shù)與其他幾代通信技術(shù)的差別就在此，為滿足每一位用戶的特點(diǎn)支持按需調(diào)用，獨(dú)立化設(shè)計也體現(xiàn)出其特點(diǎn)所在，實現(xiàn)功能重構(gòu)，不再只是傳統(tǒng)的功能模式，而是更加人性化，功能也更加的多樣化。多樣化的功能也展現(xiàn)出5G通信的全服務(wù)特點(diǎn)，這會使得5G的服務(wù)系統(tǒng)更加豐富，有利于5G系統(tǒng)的全面發(fā)展，使得5G通信技術(shù)深入人們的生活，讓人們感受到5G通信技術(shù)的存在，更有利于通信設(shè)備的更新?lián)Q代。

2.4 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

認(rèn)知無線電（Cognitive Radio，CR）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以稱為無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其目的是改善5G通信技術(shù)的通信狀態(tài)。隨著通信需求不斷增加，人們對于通信技術(shù)的通信狀態(tài)要求也在不斷提升。如果出現(xiàn)通信狀態(tài)不穩(wěn)定的情況，則會對人們的工作和生活帶來影響，因此人們希望通信設(shè)備的通信狀況良好并且流暢。5G通信技術(shù)中所采用的CR技術(shù)就可以幫助通信，使得通信更加的穩(wěn)定。其主要目的是盡可能減少外界干擾，使5G網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，改善前幾代通信不夠穩(wěn)定的問題。同時，CR技術(shù)還可以對5G通信進(jìn)行協(xié)調(diào)，減少沖突，以此來保證5G通信的暢通。有了穩(wěn)定的通信，使得5G有更好的發(fā)展空間，滿足當(dāng)下經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)中求進(jìn)的需求，有利于5G進(jìn)一步發(fā)展。

2.5 新型的分配技術(shù)

傳統(tǒng)通信技術(shù)的分配操作相對復(fù)雜，且只有單純的輸入與輸出，都依靠操作員進(jìn)行操作。分配較為不均勻，傳輸?shù)乃俣认鄬^慢，使用的人數(shù)較多時還會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。現(xiàn)如今，通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第五代，功能已經(jīng)全面更新，配有新型的分配系統(tǒng)，傳輸?shù)乃俣让黠@提升。5G通信技術(shù)不再只是單純的輸入和輸出，而是將操作的步驟簡化、融合新科技。5G通信網(wǎng)絡(luò)有了新的操作方式，使得網(wǎng)絡(luò)分配變得更加合理，不再只是隨機(jī)分配，減少人使用時出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)崩潰的現(xiàn)象。此外，網(wǎng)絡(luò)的合理分配可以減少資源浪費(fèi)，使得資源利用更加合理，這也滿足了用戶們的需求。重新構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)框架，打破傳統(tǒng)的方式，更能體現(xiàn)5G通信的先進(jìn)性，滿足更多人的需求，擴(kuò)大5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展空間。

3 增強(qiáng)5G通信的技術(shù)的方案

3.1 增加基站數(shù)量合理布局

基站對于通信技術(shù)來說相當(dāng)重要，是實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基礎(chǔ)。合理的基站布局能夠在提升5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的同時減少資源消耗。根據(jù)國家的發(fā)展需求，基站的建設(shè)需要以城市為服務(wù)中心，逐漸向周圍覆蓋。合理規(guī)劃，以人口分布與實際需求出發(fā)，建設(shè)基站，構(gòu)建完整的5G基站建設(shè)體系。在城市中心以及繁華地段需要建設(shè)多個基站以保障在高人口密度下的實際用網(wǎng)需求；在遠(yuǎn)離城市的地方可以適當(dāng)建設(shè)基站，以減少資源的投入。同時可以通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)分析不同地域間的用網(wǎng)需求，以求資源利用效率的最大化。

3.2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)被研發(fā)出來之前，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的有線網(wǎng)絡(luò)具有速度快、傳輸帶寬大等特點(diǎn)。在很多應(yīng)用領(lǐng)域都是以有限傳輸為主要的傳輸手段。但是有線傳輸受網(wǎng)線的約束，在空間上不如4G通信技術(shù)的無線傳輸方便，但4G通信技術(shù)的傳輸速度無法滿足用戶的需求。對此，5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，有效規(guī)避了二者的缺點(diǎn)。在保障極快傳輸速度的同時使用戶能夠擺脫空間上的限制，用戶能夠在任意地點(diǎn)使用5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高速上網(wǎng)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷覆蓋，萬物互聯(lián)的時代也將到來。

3.3 進(jìn)行軟件方面的優(yōu)化

軟件層面的調(diào)度也在一定程度影響了5G網(wǎng)絡(luò)的使用效率，這一點(diǎn)可以從不同手機(jī)廠商的5G體驗中感受到。相同的5G芯片在不同的廠商手里，由于調(diào)度策略不同，體驗的感受也有所差異，因此要增強(qiáng)5G通信技術(shù)不僅需要在硬件層面做努力，同時也需要在軟件層面對5G芯片的功能調(diào)度邏輯進(jìn)行優(yōu)化，通過合理的場景分析進(jìn)而使用最合適的調(diào)度方式。既能提高5G網(wǎng)絡(luò)的利用率，同時也能延長5G芯片的使用壽命，避免其長時間處于高負(fù)荷狀態(tài)，或由于調(diào)度不足而影響使用體驗。

4 5G通信應(yīng)用場景

4.1 運(yùn)用光場相機(jī)以及監(jiān)控防護(hù)

現(xiàn)如今，5G通信技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于人們的生活，如光場相機(jī)以及監(jiān)控領(lǐng)域。光場相機(jī)是如今最受歡迎的拍照方式，這是因為利用光場相機(jī)拍照不需要進(jìn)行對焦，只需要將待拍照物品放在焦距范圍內(nèi)即可。這種方式大幅度減少了拍照過程，使拍照變得更簡單。但是光場相機(jī)存在一個問題，即儲存空間較小，并且傳輸?shù)乃俣嚷?。?G通信技術(shù)的傳輸速度快且存儲空間大，與光場相機(jī)結(jié)合可以避免光場相機(jī)原本的問題，并且對于光場相機(jī)的發(fā)展也極其有利。監(jiān)控所拍攝的畫面需要長久保存，但是傳統(tǒng)的監(jiān)控儲存小，需要定期進(jìn)行刪除以防卡頓，5G通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是儲存空間大，用于監(jiān)控領(lǐng)域恰好可以彌補(bǔ)監(jiān)控設(shè)施的缺點(diǎn)。

4.2 運(yùn)用于智能終端

5G通信融合了AI智能技術(shù)，能夠遠(yuǎn)程操控設(shè)備?，F(xiàn)在的移動智能終端采用的都是安卓系統(tǒng)，內(nèi)部由高到低分為4層，每一層的功能不一樣。5G通信用于遠(yuǎn)程控制被放在系統(tǒng)內(nèi)核層，可以有效地對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，優(yōu)化移動智能終端，使得控制機(jī)械設(shè)備更加方便快捷。并且5G通信技術(shù)的加入還使移動智能終端的保密性加強(qiáng)，有利于保護(hù)使用者的個人隱私，大幅度增強(qiáng)了安全性[4]。此外，現(xiàn)在工業(yè)快速發(fā)展，對于移動智能終端的需求也變高，5G通信的融入使得現(xiàn)在的移動智能終端變得更加的先進(jìn)與方便，減少了人力資源，節(jié)約成本。

5 5G通信技術(shù)的未來發(fā)展

如今，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)一直都是世界各國爭奪的技術(shù)高地，而各國在爭奪過程中的良性競爭將會在一定程度上促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，5G應(yīng)用所帶來的市場經(jīng)濟(jì)效益一定會顯著高于4G[5-7]。對于現(xiàn)階段的中國以及世界上各個掌握5G技術(shù)的國家來說，5G的市場還處于一個藍(lán)海的狀態(tài)，各個國家都需要加緊發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

現(xiàn)階段，萬物互聯(lián)已經(jīng)有了基本雛形，物聯(lián)網(wǎng)同時也在穩(wěn)健發(fā)展，未來將激發(fā)5G市場的活力，牽動5G技術(shù)的發(fā)展。在大力發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)的同時也要積極開拓5G的應(yīng)用[8]。持續(xù)推動5G在視頻轉(zhuǎn)播、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用，以市場的需要倒逼5G的發(fā)展。尤其在VR領(lǐng)域，是目前為止最具科技感的產(chǎn)品，5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)在很大程度上緩解了由于4G網(wǎng)絡(luò)延遲而帶來的眩暈感，并且在無人駕駛和遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面也都能看到5G的影子[9,10]。

6 結(jié) 論

5G時代已經(jīng)來臨，其設(shè)計理念更加先進(jìn)，通信水平大幅度提高，更加的方便快捷，傳輸速度更快，保密性更強(qiáng)，更受人們歡迎。采用MIMO技術(shù)減少了運(yùn)行時的雜音，簡化了設(shè)備，更有利于5G通信的發(fā)展，借助有源天線陣列進(jìn)行布局?jǐn)U大了5G通信的服務(wù)范圍，投入更少。此外，科技更加的先進(jìn)，還用了新型的網(wǎng)絡(luò)分配模式，使得資源利用更高，減少資源損耗，相信在不久的將來，我國會全面邁進(jìn)5G時代。