5G通信技术与大数据融合技术研究

吴天威

（中国联合网络通信有限公司哈尔滨软件研究院，黑龙江 哈尔滨 150040）

0 引 言

国家经济的快速发展使得各行各业快速发展，通信行业也是如此。2021年的世界电信和信息社会日大会上，国家工业和信息化部副部长刘烈宏表示，在整个国内科研院所、技术公司的努力下，使得中国的5G网络技术快速发展，处于世界领先的地位。同时在整个欧洲电信标准化协会的5G专利统计分析中，中国企业的占比遥遥领先。刘烈宏副部长介绍完之后，中国信息通信研究院副院长王志勤给出一组新的数据信息，相比于其他国家，中国在2021年3月底的时候已经在全国完成高达80多万个5G基站的建设，这个建设数量能够达到全球所有国家70%比例以上，同时整个5G终端的连接数量达到近3亿。国内的电信、联通以及移动均已完成5G独立组网的规模部署与应用，全球最大规模的5G商用网络已经在中国完成建设，有着这良好的网络基础，各行各业能够进行5G相关应用的研发与部署。5G网络组网示意如图1所示。

图1 5G网络组网示意图

通过5G网络的部署，提升了国内高科技的快速发展，推动了以人工智能、物联网、大数据以及边缘计算等典型代表技术的应用广度与深度[1]。三大运营商、互联网企业与科研院所纷纷看好国内数据中心与云计算的发展场景。中国信息通信研究院的分析与预测表明，2020年国内关于数据中心的建设投资能够达到数千亿元，而且仍然在高速增长，未来3年，在整个数据中心的投资方面能够增加到近万亿元。刘烈宏副部长预测，到2025年的时候，整个国内通信网络的建设投资能够达到近1.2万亿元，由此可以带动相关行业近8万亿元的消费，使得国内经济总值能够增加近3万亿元。

1 5G关键技术

1.1 无线网络技术

无线网络技术即多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术，也称“多天线技术”。传统的无线通信一般运用“一发一收”或“一发双收”的天线发射技术，而MIMO技术采用“多发多收”的天线发射，其主要包括传输分集技术、空间复用技术以及波束赋行技术，并用这3个技术来提高容量、覆盖范围和传输速率[2]。相比于4G技术而言，5G通信所采用MIMO技术的容量与范围会更大，能够为不同行业的业务数据提供更高效率的传输。

1.2 超密集组网技术

5G技术下的无线通信网络呈现出宽带化、综合化以及多元化的特点，因此其数据的流量将进一步增长。而在相当长的时间内，终端设备除了会采用5G技术接入网络以外，还会同时采用2G、3G、4G以及WiFi等技术。各类不同的无线信号会继续在空间中广泛覆盖，并且产生互相干扰。5G技术为了降低网络维护的难度，采用了超密集组网技术，即在原有无线信号的基础上布置高密度的微小基站，进行微小覆盖[3]。这样可以降低无线信号的干扰，同时也可以保障信号覆盖率。其中5G超密集蜂窝网的毫米波mesh组网示意如图2所示。

图2 5G超密集蜂窝网的毫米波mesh组网示意图

1.3 自组织网络技术

5G技术采用多个具有无线收发装置移动终端组成的无中心的无线网络，即称为自组织网络。每个接入5G网络的终端设备不需要进行手动的数据配置和连接，可以智能化地自动进行信息交换并接入网络。与传统的接入方式相比，这种组网技术可以降低人力和物力的投入，提高网络的利用率，从而满足客户的需求。

2 5G优势特点

2.1 高效率

与以往的通信技术相比，5G技术的传输速度大幅提高，优势十分明显。传输速度是移动通信技术最重要的技术指标之一，代表了传输的效率[4]。因此，5G技术整体的使用效率具有较大优势，优于先前的3G、4G等技术，能够根据不同场景的需要建设良好的无线通信网络，其总体技术更先进、更完善。

2.2 高质量

5G技术不仅在数据的传送速率和传输效率方面具有明显的优势，而且在数据传输质量方面的优势也同样十分明显。传输质量包括覆盖范围、传输时效性、传输安全性、传输稳定性、传输灵活性等内容，而5G技术在上述这些方面都能更好地满足用户的需求，同时还能降低运行商的通信成本。

2.3 高智能

5G技术不仅实现了普通的数据传输，还能在智能化设备发展的大潮中一展身手。目前，智能手机在国内已经非常普遍，随着5G高效率的传输，抖音、快手等终端软件发展迅速，能够满足用户不同的智能化需求。

3 大数据和5G通信技术融合

3.1 快速性

对于整个信息化系统而言，其主要运行在大数据场景下配置的服务器终端。目前，在整个信息化的应用过程中，云计算是重要的资源需求。从广域的角度进行分析，云计算主要满足各行各业对计算资源的需求，整个云计算的环境通过网络存储、效用计算、负载均衡及分布式管理等多门技术实现，不同用户自身计算的需求通过网络资源共享池来获取，整个用户支付的费用由具体获取的资源容量来计算[5]。在5G时代，必须使MIMO技术的各项优势得以充分发挥，有关的天线阵列可以真正满足使用设备的有关要求。在这样的阵列下，借助设备到设备（Device-to-Device，D2D）通信技术可以有效完成近距离连接，并且在智能终端设备中应用感知数据时，通过运用5G网络将数据直接传送给用户设备，这样不仅可以对用户操作做出进一步的优化，而且可以立刻判读信息。

3.2 便捷性

目前，大数据根据用户的需求提供3种不同的模式：第一种是软件服务，云计算提供资源管理、应用程序及虚拟桌面的管理，以此满足不同行业软件的使用需求；第二种是基础设施服务，主要提供虚拟机及存储设备方面的服务；第三种是提供平台类的服务，主要为应用程序的的开发与部署提供Web应用服务器、数据库及开发环境等，通过这些工具完成应用程序的快速开发。整个云计算能够提供性价比高的服务，以此满足各类行业应用程序扩展性、通用性以及虚拟化方面的服务。

以5G网络为依托的大数据必须要运用先进的网络技术，以确保对应的更新以及管理工作顺利开展。将5G通信技术应用在大数据中，将带有5G技术的设备进行直接连接时，根本不需要对当前的布线规划进行改正，没有必要拆除当前的全部建筑物，这样不仅可以省时，减少资源消耗，而且方便操作。就当前已经修建完成的通信建筑来讲，在其现代化设计改造的过程中，以前的布线以及装潢等都毫无影响。

3.3 经济性

在整个大数据信息的采集过程中，通过5G网络的使用，其基站可以缩短二者的连接时间，减少相应的网络层设备，进而对成本进行合理的控制。实际工作中，必须要淘汰原来的路由器和交换机等，这样才可以减少网络层设备更新所需要的成本，充分体现经济性。整体来讲，在大数据应用5G通信技术可以产生各种可能，二者之间的融合可以更好地满足现代化生活的需求。就大数据信息来源的设备数量来讲，5G可以接入的设备数量越来越多，可以满足每个行业领域和不同类型人才的各种需求。在5G通信技术背景下，大数据普遍应用，而且在大数据中应用5G通信技术可以进一步完善其整个体系结构，相信在不久的将来，势必可以大大提高经济性和稳定性。日后，我国对于5G通信技术的应用范围日益扩大，通过这样的应用可以推动5G通信技术和大数据的相互融合，不断调整大数据平台运行的具体实施方案。除此之外，对于一些偏远的山区和城市，也科学制定相应的实施方案，达到广泛优化的目的，这样就能够体现出构建5G网络的科学性和合理性，提升人们生活水平，为将来的运营提供有力的保障，而且可以全面发挥出以5G网络为依托的大数据平台的优势。

4 发展前景

4.1 大数据技术结合5G技术的应用

大数据技术是与5G移动通信技术同时发展的一门技术，在未来的发展过程中将互相融合、互相促进。由于5G技术具有更高的传输速率和更大的网络容量，因此能够为大数据技术的发展提供可靠的网络支持，还可以将大量的设备通过5G技术接入到网络中，逐渐实现“万物上云”的愿景。

4.2 现有频率资源使用状况的改善

目前，4G技术主要使用的是低频段的频率资源，导致了大量的资源浪费，并且随着用户的增加还影响到数据的安全可靠性和传输准确性。而5G技术使用的是高频段的频率，其对频率资源的使用效率是4G技术的4倍多，因此能够有效改善现有频率资源使的用状况，从而不断满足更多数量的移动用户和更多类型的移动设备。

4.3 各类移动新技术的发展

5G技术已经开始逐渐投入商业运行，各大运营商在这一过程中十分注重用户的体验，将各类移动的新技术与5G技术相结合，从而促进了网络通信技术的不断发展。随着各类移动新技术的不断涌现，5G技术在这样的大环境下产生了很多新的应用领域，如高清视频快速下载、虚拟现实、智慧城市、3D交互体验等。在5G技术的支持下，这些新的运用领域将极大得改变人类的生活方式。

5 结 论

5G通信技术的关键技术包括无线网络技术、超密集组网技术以及自组织网络技术等，与4G技术相比，其优势特点十分明显，传输效率和通信质量更高，智能化程度更突出。随着5G技术商用速度的不断加快，其应用前景十分广泛，可以与大数据技术相结合，有效改善现有频率资源的使用状况，并且可以通过与各类大数据处理技术相结合而改变人类的生活方式。