浅谈5G通讯技术及其发展趋势

王亚文，王丹，刘佳（通讯作者）

（武汉商学院信息工程学院，湖北武汉，430056）

0 引言

目前，5G 的发展受到了世界各地通讯商的关注。有媒体说：掌握了5G 的核心技术，就相当于引领了未来50 年世界科技的发展。5G 的超低时延性，大规模覆盖性的特点会带给用户拥有更好的上网体验。同时5G 也将引领出一批新兴产业，如：智能家居、无人汽车、VR 等，这些产业将与5G 技术结合，使用户得到不一样的的体验，让人们的生活更加趋于智能化。

1 5G 核心技术

全面分析5G 的过程中，首先要了解的是5G 在核心技术上的创新。这些技术将从根本上改变网络传播的方式及网络传播的速度，使5G 技术实现质的飞跃。

1.1 大规模多天线

大规模多天线技术是一种多入多出（MIMO）的通信系统，在系统中基站的天线数远远高于终端的天线数[1]。大规模的MIMO 将通过波束成形技术，使所要传输的信息更加具有指向性，防止收到周围发出的其他的信息干扰，也可提升终端的接受速率。同时运用大规模多天线技术只需要采用简单的预编码处理就可以提高其运行速率。但是这一技术目前仍处于实验室试验阶段，还不能作为商用。

1.2 small cell 异构网络技术

5G 是对4G 通信的进一步提升，5G 的相关技术也将在4G 原有的技术上进行完善。4G 通讯需要在不同的高地建立大型基站，从而进行信息发送。但由于基站占地面积的庞大，就使得基站数量基数小，因此两个基站中间距离很远，这样就减缓了信息的发送速率，并且这样传输的信息也容易受到其他的频道的信息干扰。但对于5G 来说，small cell 技术充分解决了基站占地面积大这一问题。未来的5G，只需要在小区中建立小型基站，这种基站的体积微小，在路灯上就可以安装，可以大大减少占地面积。通过大量的基站的建设，不但可以提高网络的覆盖率和信号强度，而且可以增加系统服务的终端的数量。

图1 模拟small—cell 技术效果图

1.3 C-RAN 技术

C-RAN（新型的基于云的无限接入网构架）由三部分组成，由远端无线射频单元和田县组成的分布式无线网，由高带宽低延迟的光传输网络连接远端无线射频单元，由高性能处理器和实时虚拟技术组成的集中式基带处理池[2]。通过这三部分的相互配合，提高了频谱利用率和网络容量，5G 可以轻松面对日益增加的网络吞吐量，减少网络的延时问题。在人群密集的场所，将不会有因为网络不够流畅而使人们苦恼的问题。

2 5G 应用场景

为更进一步的了解5G，我们应从5G 的应用场景入手。了解5G 技术应用的范围，及其所带来的价值意义。

2.1 增强型移动宽带通信

在人口密度比较大的地方，使用4G 网络时手机网速总会受到制约，导致人们无法流畅使用网络。而5G 网络将充分地解决这一问题，它通过增强宽带通信，更好地满足人们的需求。它将在传统技术上进行优化，提高运行速率，改善并提升用户体验，将常识性和改进型管理结构作为关键。同时5G 也将大大提高网络传输的接入速度，使用户体验感增强。4G 下行峰值传输速率只有1Gb/s,而5G 中下行峰值则高达到20Gb/s[3]。举个例子：下载一部电影，应用4G 网络需要几分钟甚至十几分钟，但如果运用5G 网络仅需十几秒钟，这样将有力的提高人们的办事效率。

2.2 大规模机器型通信

在5G 的背景下，万物互联将会是人类发展的必然趋势。相对于传统的eMTC 技术，大规模机器型通信将实现物与人和物与物之间的连接。通过运用物联网技术，将机器连接起来形成体系与终端相连，便于管理者在终端上更好的维护非敏感数据结构和信息交叉体系，从而提高大规模机器群的可操作性，降低操作成本。当大规模机器型通信实现时，智能家居将会将会普及于人们的日常生活，人们的生活方式也会因此而改变。

2.3 超高可靠性超低延时通信

在5G 的推广过程中，要确保网络吞吐量、时延信息、可用性都达到相应的要求，就应监督和管理好它的超高可靠性超低延迟性，保证技术的完善性。4G 中的延时在70 毫秒左右，而uRLLC 技术可将通信延时降低到毫秒以下，实现触觉互联，VR 技术将会更完美的展现在人们面前。就如现在一些知名手游，王者荣耀，吃鸡类的竞技游戏，延迟就意味着你的操作要很久才能在英雄身上体现，而5G 时代的到来，将大大缩短这一时间，延迟将会降到10ms 以下，使用户体验感更强。

3 5G 的发展方向

在国家的大力支持和市场的推动下，5G 技术正在不断完善。

3.1 社会更智能

可预见的是，未来5G 将使人类的生活变得更加智能化。

从交通出行方面来说，5G 技术的出现将会使智能车技术更加完备。无人车的各个部件将连接到同一台终端上，实现物物相连，通过各部协调，做到完美制动。5G 的超高可靠性超低时延性将使汽车的反应更快，遇到紧急情况时，通过高速的信息回传，在短时间内，作出最迅速的反应，减少事故的发生，为人们的出行保驾护航。

医疗方面也将受到5G 的影响，未来主刀医师将会是某台编号的机器，由于机器的超高稳定性，通过视频传输，准确定位，降低手术的失误率，造福病人。异区诊断将不再罕见，患者在家就能看病，这一举措将减轻医院排队的压力。

当5G 全面推广时，教育发展不平衡的问题也将会得到有效的改善，因为5G 基站的体小，易于置放的特点，即使在偏远山区也可大量建设基站，使地方信号更加稳定。通过视频教学，偏远地区的孩子们也将听到优质老师讲的课。同时随着VR 和5G 技术的双向发展，带上一副眼镜就仿佛置身于另一端的老师的课堂，同时可进行课堂互动，增大学生的学习兴趣，使距离不再遥远。

5G 技术也将会在农业上有所应用，为每一种蔬菜制作其特定的二维码，顾客通过扫描二维码，就可全方位看到蔬菜成长的环境，使用的肥料等情况，让人们吃到真正的放心菜。智能家居、智能电网也都将随着5G 的发展变成现实，提高人们的生活品质。

图2 关于5G 技术的应用方向图示

3.2 人才的更新换代

5G 时代的到来必定会带来云计算、边缘计算、物联网、SND 等新技术方面的普及化。因此各大高校、公司应做好人才培养工作，保证人才能够熟悉并掌握相应技能，有效提高工作效率和工作质量，以推进5G 的发展。同时5G 的到来必将会对一些企业带来危机和挑战，企业领导应探索新的生存方式，做好完美转型，积极发展5G 产业，以应对5G时代科技巨变所带来的巨大冲击。

4 总结

从2G 开始，3G 过渡，4G 提升，再到今天5G 的飞跃，无一不在诠释着科学技术的发展。5G 将对4G 的核心技术进行全面的优化，从而提高能源的利用率，提升信息传输速率，使受众人群达到更极致的上网体验。可预料的是，在未来，5G 将带来一场科技革命，它将彻底改变社会的意识形态，打破人们对传统生活方式的认知，使得人们在医疗、教育、出行等方面更加智能化，人类社会发展进程将会迈进一大步。