5G技术演进及其行业应用前景

◆黄 峰



5G技术演进及其行业应用前景

◆黄 峰

(中国电信股份有限公司广州分公司 广东 510620)

随着我国社会经济的不断发展，我国移动通信技术的发展速度也在逐渐加快。现阶段下4G移动通信技术已经逐渐取代了以前的3G通信技术，而在近几年5G通信技术也开始慢慢出现，且在预计在未来十年中会完全取代4G通信技术被人们所应用。现阶段下，在5G移动通信方面我国还尚处于初步研发阶段，但是在其后续发展成熟后，其所占地位也是不可小觑的。本文就5G技术演进及其行业应用前景做了简单的探究分析，望为后续工作人员提供一些建议。

5G技术演进；应用前景；探究分析

0 引言

随着我国信息技术发展速度逐渐加快，我国无线移动通信数据流量也在呈翻倍增长趋势，预计至2020，联网设备将达到五百亿台。现阶段下，新型智能业务种类越来越多，所以急切需要一个更高效、更快速的无线移动通信技术来满足当前需求，因此，在4G广泛应用时，5G的研发也已经悄然开始。

1 5G技术通信技术独特优势

现阶段下，各个运营商以及相关研究机构正在对5G无线通信技术进行探究分析。与4G技术相比，5G无线通信技术占有明显优势，比如：数据传输速度较快、效率较高、兼容性较强、场地限制因素较小及无线覆盖能力较强等等。其中数据传输速度较快使其最为明显的优势，与4G网络通信技术相比，5G无线通信技术的传播速度可以快其一倍，甚至更快[1]。如图1，从移动通信发展进程来看，其传输速度已经明显加快，但是在实际传输过程中影响其传输的因素仍有很多。在2G、3G网络通信中其信号穿透力较差，一些微小的障碍物都会对其传输速度造成影响，使得用户体验感觉较差；除此之外，发射器自身质量与其所在周围环境对信号质量也有着较大影响。现阶段下，兼容性问题是阻碍互联网技术发展的主要问题，特别是在5G无线通信技术中尤为明显。其实从根本来看，5G无线信号有着较强的穿透力，且对相关设备的要求相对较低、兼容性较强，且周围因素对其干扰程度较低。

图1 通信发展历程

2 5G技术中的关键技术

现阶段下，很多知名通信企业及相关机构，就5G无线通信技术分别提出了多种方案及设计思路。在本次研究中，对多种无线通信技术的方案及其思路进行了总结，并对其中关键技术进行了探究分析。

2.1 多天线传输技术

多天线传输技术对提高频率利用率及保证传输稳定性有明显积极作用，近些年大规模无线阵列及MIMO等多种通信技术被提出。大规模无线阵列技术可以对空间维度资源实施进一步的挖掘，然后通过空分多址技术来实现同一视频资源上可以服务多个用户的最初目的；为了加大各个小区的容量及承担更快的数据下载速度，对MIMO天线中的多种功能进行了更好优化[2]。在未来的5G无线通信技术中为了更好地达到MIMO在各个小区网络基站的部署，可以选用有源天线技术，进而达到3D波束赋形的目的，为了使系统空间更加自由化，在5G无线通信技术中，其天线设计选用了军用相控阵雷达的方法，而3D波束成型技术可以更好地为5G通信技术将空间区域粒度细致化，进而提升更多用户使用多天线传输技术用户体验。

2.2 高频传输技术

现阶段下，低频段资源较为有限，使得通信技术往往达不到大众需求。5G无线通信技术在使用过程中，对带宽要求较高，为了更好地发挥其自身优势，可以将射频器件进行有效调整，进而更好地实现高频段拓展目标。由于该频段频谱较为特殊，其包括多种资源以及连续性大带宽，可以满足一些距离较短但传输速度要求较高的通信需求[3]。在此过程中，大多数电磁波都是直径传输，性能相对较低，应用起来难度较大。

2.3 密集网络技术

随着信息技术的不断发展，数据业务量呈逐年递增状态，因此在部署密集型小区建设过程中应与5G通信互相结合。将低功率节点应用于网络中，可有效增强网络热点信号、扩大热点覆盖区域，进而更好地加大网络系统容量。随着小区建设密度的不断增加，会使网络整体结构更为繁杂，进而加大信号干扰问题的出现几率。因此应加大对密集型网络技术研究分析力度，更好地保障网格结构的灵活性及防干扰性，进而更好地满足不同用户的多种需求，扩大5G技术应用范围。

2.4 新型网络架构

在5G无线通信网络中除了包括现有的多种无线接入技术的优化还有一些新型的无线传输技术，比如3G、4G、5G无线通信网络以及无线网络等多种形式，构成一个完整的、融合性较好的综合网络。所以，在以后5G无线通信网络发展过程中势必会形成一个由蜂窝数据流量及wifi相结合的新型网络结构，进而实现有效业务分流。随着移动通信用户量逐渐增多，网络基站的业务量也在逐渐增加，其计算压力也越来越大，为了有效减少网络总站承受压力，新型网络结构应运而生，并已经逐渐开始应用。

5G移动通信标志性的核心技术表现在超高效能的无线传输技术与高密度无线网络技术上。在大规模MIMO的无线传输技术的基础上有可能会使用频谱效率与功率效率，并且在4G的基础上再加一个量级。而且全双工技术将会开拓新的移动通信频谱利用的新局面。超密集网络已经受到了业界人士的关注，网络协同和千扰管理也会提升高密度无线网络容量。

图2 5G核心网络图

3 5G技术面临难点

现阶段下，要想真正满足社会对无线移动通信系统的要求，5G网络面临频率、技术以及运作方面的挑战。现阶段下，在技术上存在以下几种问题。

3.1 技术与系统融合问题

随着相关科技的不断发展，芯片技术也在不断创新，智能终端的发展速度也在逐渐加快，无线移动通信业务与相关技术也在进行不断的融合与拓展。在未来的5G网络中，其具备多种业务、多种技术等明显有限，是一个层次较多、覆盖面积较广的通信系统[4]。要将各种业务网络以及各个层次所覆盖的系统进行综合融合并对其进行高效利用，然而就现阶段下的技术来说，其中仍存在多种问题亟待解决。

3.2 频谱效率及容量问题

数据流量大、用户规模大、不间断性在线是5G网络的最终目标，然而要想真正实现以上目标就必须要研发扩展频率、提升空间效率、提升站点密度等多种相关通信技术。比如，多天线技术、多址技术、超密集网络技术等现阶段下最新的通信技术，将成为成就5G通信技术的主要技术，也将成为未来5G技术发展的主要方向。应用新型传输技术及优化组网方式，会增加设备之间繁杂程度及研究成本，对建设网络及后续维护提出了更高要求。

3.3 物联网和业务灵活性问题

物联网是以互联网及传统电信网为基础的信息载体，其可以将一些相对独立的普通物理对象进行转换，进而实现网络联通性，将所有存在的物体进行互相联系是物联网发展的基本目标，在未来5G技术发展过程中将与物联网相互作用，更好地为人们提供一些科技服务。但是现阶段下，物联网面临着传输瓶颈、系统容量等问题。随着后续5G用户逐渐增多，其应用范围也逐渐增加，同时业务灵活性也会有明显提升。在信息速率方面，5G除了要满足长时间甚至一段时间才会出现的一些小数据包的抄表业务，还要满足3D全面实时会议宽带业务。在延迟方面，既要满足对延迟不敏感，还要满足延迟5ms以下的实时控制业务。在应用方面，除了要满足静止和低速状态下的需求，还要满足一些飞机、高铁等超高速的应用。所以，要想制定一个统一、规范的通信协议，达到业务灵活需求，还面临较多问题。

3.4 网络能耗、成本问题

供应千倍数据流量的同时，还要保持现下的运行成本及用户成本是5G移动信息技术的目标。而此目标就表明在供应流量的同时，其总体能耗不可进行大幅度增加。所以，5G移动信息网络的终端能耗效率就要提升千倍，同时还要有效降低比特开销千倍，这对与空间传输、网络管理、网络结构等多种技术都提出了严峻挑战。

4 5G通信技术未来发展前景

现下，4G移动通信技术已经普及，与3G移动通信技术相比，4G的带宽较高，同时还能发送及接受一些质量较高的视频及图片。除此之外，4G移动通信技术的下载速度要比拨号上网快上几千倍左右，同时其上传速度也可以达到30~50MMbps左右，一般情况下可以满足大部分用户对于无线需求。与之前的3G、4G相比，5G容量较大且传输速度较快，同时还可以在多个设备上同时使用。使用智能手机或者其他可以穿戴的设备或者智慧物联网设备[5]。除此之外，5G还可以有效扩宽其连续覆盖面积，同时还可以支持较高的移动速率，使得万物之间都可互相关联。除此之外，与4G移动通信技术相比，5G技术是其整体容量的千倍左右；现阶段下，我们所应用的4G移动网络主要是针对智能手机所研发的，并没有针对物联网的某些需求进行优先完善，与4G网络相比，5G移动网络使用设备范围在其数十倍左右，且在运行过程中耗能量较低；此外，4G不可以在手机上玩一些实时在线游戏，但是5G网络却可以实现。5G通信技术的应用会将人类带入一个高速率、低消耗、大连接的全新革命体系，而非单纯的速率提升。随着科学技术的不断发展，网络以及相关业务及管理都会发生一些本质变化，且移动通信产业也会随之改变。5G无线通信技术具有明显发展优势，可以更好地满足后续社会群众日常需求，为其日常工作提供一定便利。我国就5G通信行业发展趋势提出了明确规划，不管是站在业务支持方面还是其余方面，都要明确其未来发展规划，除此之外，还要在其过程中将应用射频等无线技术。为了更好地提升用户感受，还可以动态流量标准为依据对通信系统资源进行科学分配。

随着我国社会经济的不断发展，社会大众对移动通信技术的需求也在逐年增加。5G移动通信技术的出现不仅满足了当前移动通信技术发展需求，同时相比4G移动通信技术，其覆盖面积、整体性能、系统安全、用户自身体验等多个方面都有明显优化。在未来5G研发过程中，其还会同时具备灵活性较高、自我调节、自我感知等多种智能化技能，进而更好地满足未来社会发展需求。

5 结束语

5G通信技术的出现，会将通信行业的技术进行又一次的创新，依据当前我国运营商收入的整体配比来看，大部分都是来自于语音、SMS服务方面，而高速数据服务现在尚处于一个刚刚开始的萌芽期，而通信技术逐渐向商业化转型对运行商支出与收入不均衡的情况也有明显积极作用。但是随着我国科学技术的不断发展，国民对通信技术的要求也在逐渐提高，因此相关工作人员应加大对5G的探究及未来发展趋势的关注力度。在其发展过程中，可有效推进我国经济建设发展，更好地实现全球经济一体化。

[1]张跃飞.对第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术的探讨[J].数字通信世界，2017.

[2]李栋梁，王颖喜.我国5G移动通信的发展趋势与若干关键技术[J].通讯世界，2017.

[3]凌敏.5G移动通信技术及发展趋势的分析与探讨[J].无线互联科技，2017.

[4]邢天伦.5G移动通信技术及发展趋势的分析与探讨[J].中国新通信，2017.

[5]徐鹏，郭鸿.对新时期5G无线通信技术发展跟踪与应用分析[J].通讯世界，2017.