5G无线通信技术的应用前景分析

邓宏桥



5G无线通信技术的应用前景分析

邓宏桥

广东海格怡创科技有限公司，广东 广州 510000

5G是指无线电话应用的第五代通讯技术，是基于4G网络技术开发的新技术。现阶段，无线通信已由最初的通信速度低、安全性不高，发展成为通信效果好、保密程度高、能够传输清晰图像、高清视频的成熟技术。如今，世界各国均开始进行5G通信技术的研究工作，为开发新技术做好准备工作。

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1 5G无线通信关键技术

1.1 设计无线云计算技术

在5G无线通信时代，人们对智能终端设备计算能力和服务质量提出更高的要求。无线云计算作为全新的IT资源或信息服务交付与使用模式，其设计是在无线互联网中引进云计算产品[1]。

在无线云计算中，无线设施需处理复杂的计算和数据，并将存储的信息由无线设备迁移至云中，进一步降低无线设备能源消耗情况，弥补本地资源短缺问题。同时，云计算能够为用户提供远程安全服务，支持用户无缝运用云服务，且不会出现延迟、抖动的情况。因此，无线云计算必然成为5G通信服务的关键技术[2]。

1.2 大范围的MIMO技术

MIMO技术是无线通信天线技术的一种，是Multiple-Input Multiple-Output的简称，即多路输入多路输出技术的意思。简单来说，就是将基站的单天线换为由多天线构成的天线阵列，然后把要传输资料分割成多份，通过多重天线同步传送，接收端也会具备多重天线接收信号。最终，采用用算法将分开的资料重新整合，这样便可以正确且快速的传输资料流，从而大幅度地提升频谱利用率。4G时代，2×2的MIMO可以提供2倍容量增益，5G时代，随着256×256的MIMO甚至更大规模的使用，容量相对于4G，将得到数百倍的增加[3]。

1.3 多载波聚合技术

载波，是指载有数据的特定频率的无线电波，采用多载波技术聚合主要是为用户提供更宽的传输管道，从而实现更快的速率。如同水管，一根水管能够提供100 m3/s的水量，10个聚合在一起将提供1000 m3/s的水量。5G能够将10个甚至更多载波聚合在一起，为终端用户提供更快的速率和更高的容量。

2 5G无线通信技术的特征与关键技术

2.1 5G无线通信技术的特征

5G是在4G技术基础上的平滑演进，其技术特征主要表现如下。频谱利用率高：高频段频谱资源在5G通信技术中的广泛的应用，目前的科技水平条件下，高频段无线电波利用率比较低，穿透能力差，使用上有不少限制，而未来对频谱的利用率提升，与光载无线组网、有线和无线宽带技术的融合，能够给5G通信技术带来广泛的应用前景。系统性能强：5G无线通信技术将更加多点、多天线、多用户、多社区的相互协同、相互组网作为重点，大幅提高了通信系统的性能。室内通信业务是通信的主要业务，5G无线通信系统也以室内无线网络覆盖性能和业务支撑进行扩展，是无线通信系统的广域覆盖。双向信号传递：5G采取双向传递无线电波。打电话时，电话将声音转换成电子信号，传输电子信号到最近的无线电波接收信号塔。小区发射塔通过信号塔网络反射信号，实现呼叫连接。由于无线电波震动频率更快，5G将利用更先进的技术，配置更高的电台频率和更大的宽带。高频率、大容量和密集的信号接收点，会使得5G网络的下载速度高达10 Gbit/s，比4G速度快100倍。功耗成本双低：未来对5G通信系统的研究将会着重在无线网络的“软”配置设计上，运营商可以根据业务流量变化来对网络资源进行及时的调整，实现能耗和成本双低[4]。

2.2 5G无线通信技术的关键技术

2G/3G/4G数据技术的发展为5G无线通信关键技术的成熟奠定了基础，5G无线通信技术的关键技术主要如下。高频段传输技术：随着无线终端用户规模的不断增长，频谱资源成为越来越稀缺的资源，高频段传输能够提高频谱资源的利用效益。目前无线通信系统的频段主要在3 GHz以内，如果采用高频段带宽就会达到273.5 GHz，这样不仅通信设备的尺寸要小很多，而且还能够实现短距离内的高速信息传递，满足用户容量、速率等多方面的要求。多天线传输技术：多天线传输技术是目前5G技术中需要重点研究的技术，多天线传输技术可以实现从二维到三维、从无源到有源、从高阶多输入多输出到大规模阵列，能够充分提高频谱利用率10倍以上。同时同频全双工技术：能够在相同的物理信道上对两个方向的信号进行传输，因而也被称为是高效的频谱效率技术。同时同频全双工技术能够消除通信双工节点自身发射机信号的干扰，既可以发射信号机信号，又可以接收另一节点的同频信号，因而能够有效地提升频谱效率，使无线通信网络具有灵活性和稳定性。

3 5G无线通信技术的发展与应用趋势

纵览全球，5G将于2020年正式商用，具体到中国，将经历3个阶段：一是技术研发试验，目前已完成；二是技术方案验证，目前已启动，预计到2017年底完成；三是系统验证，预计2017年中到2018年底结束。主要指建设5G网络与基站，其主要投向主设备以及配套的网络规划、建设、铁塔及传输等。主设备的投资又将传导至射频器件、光模块、基站天线等投资与建设。与此同时，伴随5G网络建设，5G新业务、新架构、新技术，都会对安全和用户隐私保护提出新的挑战。5G安全机制除了要满足基本信息通信，还需要为不同业务场景提供差异化安全服务，能够适应多种网络接入方式及新型网络架构，隐私保护，支持开放运营环境下的安全能力。未来5G安全将呈现多样化场景，并在多种接入方式以及新型网络架构的基础上提供全方位的安全保障。5G无线通信技术的应用趋势将主要体现在以下3个方面。一是万物互联：从4G开始，智能家居行业已经兴起，但只是处于初级阶段的智能生活，4G不足以支撑“万物互联”，距离真正的“万物互联”还有很大的距离；而5G极大的流量将能为“万物互联”提供必要条件。未来数年，物联网的快速发展与5G的即将商用有着密不可分的关系。

4 结论

5G是高速率、大连接、低时延、低功耗、万物互联创造的一个革命性的新体系，绝不只是简单速率的提升。在革命性技术的推动下，网络、业务以及管控都会发生质的变化，产业也将会随之根本改变。这场变革的力量将会带来什么，我们将拭目以待。

[1]张培培.5G无线通信技术的应用前景分析[J].无线互联科技，2016（24）：32-33.

[2]张亦苏，刘志坚.5G无线通信技术概念及相关应用[J].通讯世界，2016（10）：93.

[3]郑少丹.论5G无线通信技术发展跟踪相关应用[J].建材与装饰，2016（30）：124-125.

[4]杨凡.基于5G无线技术在群智感知中的应用研究[J].电脑与信息技术，2016（5）：29-32.

Application foreground analysis of 5G wireless communication technology

Denghongqiao

Guangdong Haige iscreate Technology Co. Ltd, Guangdong Guangzhou 510000

5G refers to the fifth generation of wireless telephone communication technology, and it is a new technology based on 4G network technology. At this stage, wireless communication has been developed from low initial communication speed to low security. It has developed into a mature technology with good communication effect, high secrecy, and capable of transmitting clear images and high-definition video. Nowadays, all countries in the world begin to do research on 5G communication technology, and make preparations for developing new technologies.

5G; wireless communication; application; Prospect

TN929.5

A

1009-6434（2017）04-0057-02