基于5G通信的关键技术及应用

孙秀蓉

【摘要】伴随人们对通信网络更高的需求，我国的通信技术也在加快步伐不断发展，跟随全球通信技术发展的节奏，我国于2019年底正式将5G通信技术投入市场，通过5G网络人们的网络体验更上一个层次。本文将对5G通信的关键技术及应用场景进行讨论，以期未来有更好的发展成效。

【关键词】5G通信技术;关键技术;应用场景

中图分类号：TN92                文献标识码：A               文章编号：1673-0348（2020）010-004-03

[Abstract] with people's higher demand for communication network， China's communication technology is also speeding up the pace of continuous development. Following the pace of global communication technology development， China officially put 5g communication technology into the market at the end of 2019， and people's network experience through 5g network goes to a higher level. This paper will discuss the key technologies and application scenarios of 5g communication， in order to have better development results in the future.

[Key words] 5g communication technology; key technology; application scenario

随着计算机技术、通信技术以及物联网技术的发展，人们对数据传输的需求越来越高，用户数量也大量增加，需要有更加强大的通信网络来满足这些需求，5G通信技术的诞生也就应运而生。当前4G通信网络已经基本普及，但对更高的数据速率、更大的系统容量以及更低的成本的追求并没有停止，在学术界和市场的探讨与期盼下，5G通信技术已经投入市场，虽然还处在发展中，但已经明显的改善了4G通信网络的不足，5G通信技术最主要的优势在于其数据传输速率和网络延迟，数据传输速率最高可达到10Gbit/s，比4G的传输速率快100倍，甚至高于当前的有线网络。另外5G网络有更快的响应时间，也就是网络延迟很短，在1ms左右，而4G的延迟有几十毫秒。5G网络之所以有如此强劲的表现，预期采用的关键技术密不可分，下面将探讨其关键技术及应用情况。

1. 5G通信的关键技术

5G技术创新主要包括无线技术和网络技术两方面。在无线技术方面，大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点;在网络技术领域，基于软件定义网络和网络功能虚拟化的新型网络架构已取得广泛共识。其总体框架如图1。

1.1 多天线传输技术

多天线技术从3G时代开始发挥作用，其可以减少多用户之间的干扰，能够有效的对抗多径衰落，结合MIMO技术在4G网络中发挥了巨大作用，大大增加了传输速率和可靠性。为了进一步提高频谱利用率，在5G技术中必须继续发挥大规模多天线技术的特点，通过对源天线列阵的不断完善，利用3D-MIMO技术进一步扩大网络覆盖范围，提高频谱利用率。

1.2 智能化技术

随着科技水平的不断发展，当前智能化电子产品种类繁多、功能全面，各种智能手机、家电、监控摄像头等等，都已经进入到了我们的日常生活中，并且和我们的工作、学习和生活密不可分，可以说现代人的生活离不开这些智能產品，这些产品的智能性很大程度上是由于我们能够通过网络方便的实现对它们的控制。比方说我们可以通过手机上的应用软件来监控到家中所安装的摄像头或者烟雾报警器等等，随时随地掌握家中的安全状况，能够及时处置一些危险状况。那么两个终端之间的信息互通，需要高速、可靠的通信网络支撑，将5G技术融入到各种智能产品中，能够最大程度的发挥产品的功能，将各种设备互通互联到一起，实现智能化管控，离不开5G技术的支持。

1.3 同时同频全双工技术

同时同频全双工技术是指发送端和接收端采用相同的频率同时进行信息的传输，突破了传统的频分双工和时分双工模式，为了避免发射机信号对接收机信号的干扰，同时同频全双工技术利用干扰消除的方法，减少信号在频域或时域上的干扰，起到了提高频谱效率的效果。这种技术比起传统的双工模式相比，使无线资源的使用效率提升近一倍，是5G通信的关键技术之一，虽然这种技术目前在实际应用中还不是非常完善，但随着5G技术的不断发展，会进一步增强系统的稳定性和可靠性。

1.4 新型网络构架技术

通信技术的不断发展是为了适应对日益增多的综合业务传输的需求，业务种类繁多，对网络系统结构以及硬件要求都会随之提高，但是另一方面，也要控制通信业务的成本，也就是说既要提高通信效率也要有效的控制成本，上层的运营成本得到控制，下层用户的使用成本也会降低，这样才能有利于通信技术的推广，才能惠及大众。为了实现这样的目标，也可以在网络架构上采用新型的技术，比如采用软件定义网络就是一种实现网络虚拟化的方式，在传统的网络架构中，一旦业务需求发生变化，就要相应的修改网络设备的配置，而这个过程是极其繁琐的。但是利用软件定义网络技术可以将路由器的控制和转发功能分离，大大提高了网络的灵活性和敏捷度。在这个过程中还有一项重要技术就是网络功能的虚拟化，它是基于大型共享的服务器，利用软件定义的方式，对网络实体进行虚拟化运行。利用虚拟化技术可以方便的整合和操作复杂的硬件设备，根据业务需要对其进行并行处理或者合理释放资源，这样整个网络的构建成本可以降低的同时又提高了网络功能的灵活性，是5G通信迈向更高台阶的关键技术。

2. 5G通信的应用场景

2.1 宏覆盖增强应用场景

宏小区的面积比较大，它的覆盖半径都在若干千米范围，所以不同用户到基站之间的路损差别也比较大，信噪比的差别相应也比较大。通常在宏站上可以布置较多的天线，可以使用大规模天线技术、非正交传输技术和新型调制编码技术，这几种技术可以同时存在，产生的总增益是各个的叠加，其效果要优于使用单个技术的情况。

2.2 超密集部署

在密集住宅区、密集商业区、交通枢纽、大型活动场馆等等地方，都是超密集部署的应用场景。这些场景中，用户的体验速率要达到1G以上，为了让用户有更加高速可靠的业务体验，可以采用基站的超密集组网技术，根据应用范围可分为三种类型的小区：宏小区、微小区和毫微小区，这些小区的拓扑结构可以呈现出较强的多样性和异构性，这些小区的天线高度和增益，以及信号的发射功率都不相同，虽然会产生系统干扰、移动信令负荷加剧、系统成本与能耗上升等问题，但可以采用多连接技术和无线回传技术改善这些问题，满足热点高容量下的通信需求。

2.3 低时延和高可靠场景

低时延和高可靠主要是在一些特殊场景的要求，比方说在精密机械制造时，不同机器在协同工作中所需的交互信息，即使时延在毫秒级也会对产品的质量造成严重的影响。或者在智能交通系统中，要求时延也不能超过毫秒级，并且信息的可靠性一定要高，否则将会造成严重的交通事故，危及到人们的生命和财产安全。现在很多汽车制造商都在进行无人驾驶的研究，那么当汽车在高速行进时，对信息及时准确的采集和反应就会至关重要，这些都离不开对通信网络低时延和高可靠的要求。

2.4 机器间通信应用场景

当前物联网技术的发展是非常迅速的，人们对物物相连的需求也在日益增强，不同的终端都要通过通信网络进行信息交互，那么网络与大量不同终端之间的适配就是一个关键问题，不论是对终端还是对网络都提出了更高要求。在此场景下可以采用非正交传输技术支持同一时间许多终端同时使用无线资源;带传输技术可以降低成本同时扩大覆盖范围，减少信道信令的开销。

3. 结束语

无线通信已经成为当今社会信息传输的主要技术，5G的发展和應用也是大势所趋，通过对5G通信的关键技术以及应用场景进行讨论，有助于加深我们对5G通信的了解，体会通信技术的发展对社会发展起的关键性作用，随着5G通信技术的不断完善，必将推动人们信息交互方式的变革，从而促进信息社会更长足的进步与发展。在当前的信息社会，只有保障信息传输的高效性和可靠性，才能保障其他社会事业的顺利进行，没有强大的信息通信基础，必将会制约社会各个产业的发展，所以关注与致力于通信技术的发展，与我们的生活息息相关，与社会的发展密不可分。

参考文献：

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