面向5G的移动通信技术及其优化探究

王尚伟

（中国电信股份有限公司 甘肃公司无线通信事业部，甘肃 兰州 730030）

0 引 言

5G是指第5代移动通信技术，具有传输快、效率高、延时低以及扩展性强等优势，能够提供给人们更加高质量的通信服务，极大便利人们的生产和生活。未来，5G将广泛应用在直播高清、现实RV虚拟以及移动通信等方面。

1 5G移动通信应用技术的背景与意义

随着物联网和智能终端等新技术的普及和发展，移动通信应用技术也迎来了新的发展机遇，从移动用户量和业务总数看，显现了高速发展的态势。据国际相关数据统计，到2020年预计全球物联网总设备量超过70亿，而中国物联网总量可达到15亿，预计到2030年，中国物联网总设备量将达到200亿[1]。对于这样的发展环境，5G通信应用技术自然成为新的发展亮点，发展前景广阔，其发展预期如图1所示。

未来，大量用户的办公与个人数据都需要在云端进行存储，因此网络需要拥有实时处理海量数据的实力，同时具备足够的调整高负荷抗冗余容量的能力，为用户提供良好的通信体验。此外，即时移动应用通信技术和网络社交业务也将在未来的通信领域中占据重要位置，此类通信业务的特点是数据包较小，交互频次较大，有较高的信令网络资源调度和延时要求。未来人们对通信的实时性和自由性要求越来越高，在地铁和高铁等高速移动网络环境中如何保障通信性能和质量是5G未来的重要研究内容。

图1 5G通信发展预期

2 5G移动通信的关键技术研究

我国5G移动通信在多个应用技术领域都取得了突破性发展，如异构超密集网络、无线网络接入通信技术以及MIMO大规模应用等技术领域。5G通信的核心技术是无线网络接入，就是要通过更加优质广泛的宽带信号来满足人们的生产和生活需求。此外，移动无线通信接入应用关键技术包括射束多址分割技术、非正交接入多址技术以及在此基础上建立的多址分频及多址分码等应用内容，充分运用获取的频谱完成无线接入，从而为5G接入提供时间和频率等资源[2]。

2.1 5G通信异构超密集网络技术

由于5G通信技术在实践应用中会遇到强烈的工作负荷，因此要尽可能增加网络低功率的节点量，减少单元半径。异构超密集网络技术可以有效提高数据信息流量，实现密集的网络部署，有效降低各节点功率总和，提高网络频率效率，还能够及时准确进行相邻节点之间的距离计算，起到较好的网络优化、点距优化以及辅助提高业务功能等作用。该技术的成功应用有利于进行用户在网信息的数据统计，同时能够向各部提供所需的数据信息，帮助用户协调统一网络通信服务之间的差异性，以达到帮助用户降低功率和减少配置间的功能作用。

2.2 5G通信MIMO技术

5G通信技术的实现，需要有效提高现有网络频谱的效率，而MIMO大规模通信技术发挥了关键性作用。所谓移动MIMO通信技术指的是多路输入多路输出网络通信技术，主要是通过改变基站内天线将所要进行传输的数据信息加以分割，再通过多条天线传播，同时在接收端同样设置多条天线进行接收，由此实现多路输入多路输出的网络数据传输，最终按照预先设计算法加以整理，大大提高信息数据的传输效率和频谱效率。MIMO通信移动技术的应用能够有效增加信道的容量，解决信道不足的网络难题，同时使系统容量得到增加。此外，在移动网络通信基站内使用移动通信MIMO技术能实现对天线的批量功能控制，并可根据实际需要增加信道的容量，从而实现将同一通信资源在同一时间给不同的多个用户使用，有效提高了资源利用率[3]。MIMO通信技术的演进如图2所示。

图2 MIMO通信技术的演进

2.3 5G通信大规模天线技术（Large scale MIMO）

因为低频段资源的有限性，使得5G部分网络会在高频段部置，即毫米波（mm Wave）频段。5G应用了关键性大规模天线通信应用技术（Large Scale MIMO），也叫3D MIMO技术，在频率得到有效提高的同时，无线通信信号的路径传输耗损也得到有效降低。出于环保考虑对功率进行上限限制，同时受材料和物理作用的影响导致发射载波功率及天线的灵敏度难以提高，因此只有通过增加接收天线和发射天线数量进行多天线的阵列设置加以解决通信过程中存在的问题。移动通信选用天线的尺寸较无线波长相对固定，当频率升高时天线会随之变小，这时需要增加通信天线对传输的耗损进行补偿，但不增加天线的阵列尺寸。与传统的通信MIMO技术相比，3D MIMO通信技术是以信号空间维度为基础引入了垂直空域维度，同时加以利用，其通信信号以辐射式电磁波的形式传输，能够提供较为丰富的自由空间满足多址空分，提升无线通信信号的稳定可靠性、频率有效性以及信息吞吐率等指标，同时降低对周边小区环境的干扰[4]。

2.4 5G云计算通信技术

移动终端设备的不断更新为人们提供了越来越丰富的通信服务，移动通信应用与人们生产和生活的联系越来越密切，由此实时高效的信息处理，对满足人们通信需求尤为重要。云计算的出现让一切变成可能，它有效推动了5G通信技术的应用和发展，并为5G通信技术提供了可靠的技术支持。云计算通信技术不需要用户在设备终端上进行数据处理和运算，有效降低了用户终端设备的配置要求[5]。在对大量的用户信息进行存储时，要将信息资源统一存储在云端，采用分布式的文件处理系统，将大量且复杂的数据文件进行快速处理，从而实现数据的高效处理。

3 关于5G移动网络通信应用技术与优化的分析和研究

3.1 5G通信技术在工业行业中的实际应用

如今，我国的工业水平总体呈现上升趋势，科技化生产得到不断发展，数字化、智能化以及自动化生产已经显现。移动网络5G通信应用系统运行整体稳定可靠，网络速率得到较大提高，高速的通信应用环境保障信号传输更加精准可靠。同时5G通信的发展进一步改变着人们的生产和生活，促进了社会的发展。在5G通信网络大发展的环境背景下，物联网通信效率及质量都得到了大幅提高，有效促进了我国现代工业的发展和设施的建设。现代工业的生产需要大面积无线通信信号覆盖，特别是精细化程度较高的生产操作对无线网络信号的要求更高，现代工业生产领域中计算机的广泛使用带动了生产率的有效提升，保障了产品的生产质量[6]。

3.2 5G通信技术在实际医疗工作中的应用

随着5G在我国得到广泛地推广和应用，其在医疗领域的成功应用改变了人们对传统医疗的认知。5G网络宽带应用技术被普遍应用在医疗化验、检测以及康复等各个方面，并取得了令人满意的效果，如今我国医疗领域的发展步入了5G发展的全新时代。

3.3 5G通信互联网与物联网在医疗和工业中的实际应用

我国现代企业的经营、生产以及管理都离不开网络与计算机技术。随着移动网络5G通信应用的推广，医疗机构的工作模式发生了显著变化，过去看病需要先到医院挂号，如今所有就医挂号等事宜都能在网上实现，而且现在医疗保险结算报销等流程也可以通过网络完成，方便了人们的就医看病需求。5G通信的发展将物联网及互联网应用推向了新的发展阶段，有力带动我国各行业发展，使得行业模式得到了显著优化。我国如今的工业整体环境面临着传统模式向现代化模式转变的关键时期，距离真正实现现代化工业目标还存在差距，但当网络5G通信时代全面到来时，现代化工业模式将迎来重大转变，同时医疗领域加速发展，医疗自动化将逐步实现[7]。

随着移动通信的广泛应用，我国的移动通信用户量快速增长，随着网络5G超密集组网对站址资源获取需求的增加，各通信运营商间的竞争也越发严峻。各运营商需要对其他运营商基站进行测试以获取准确的基站位置，或是通过共享已存在的其他运营商站址，以确保各运营商网络覆盖范围的科学准确。另外，要分析对比其他各运营商网络的覆盖情况，以便更加科学合理地进行网络规划和建设。

4 结 论

随着我国国民经济的快速发展，人们的生产和生活对无线通信技术的质量与速度要求逐渐提高，5G通信的出现极大解决了3G和4G技术制约经济发展的短板。如今，各行业都已经使用或设计使用5G技术，以达到提高行业水平的发展目标。5G通信时代的到来将会彻底改变人们原有的生活和方式，使人们体验到5G通信的丰富内容和无穷魅力。但由于5G技术还处于发展的初期阶段，配套的技术及5G产业链还不够完善，因此还需要相关研究企业和技术人员通力合作，不断完善5G标准及5G产业链，并对其进一步优化创新，最终开创我国移动通信的广阔发展空间。