5G移动通信技术在通信工程中的应用

马新源

（北京交通大学，北京 100044）

0 引 言

5G是基于移动通信需求发展的新一代移动通信技术，具有超高频谱利用率和能效、低时延、无线网络覆盖广、系统安全性高等优点。5G移动通信系统可以和其他无线网络相结合构成全新的移动电子信息网络系统，满足互联网的发展需求[1]。在未来的各种新型业务平台中，通过互联网实现的各种业务会采用无线方式传输给终端客户。同时，云计算与后台服务的广泛应用使得5G移动通信技术的传输质量大幅提升。5G移动通信系统的重点发展目标是与其他高新技术紧密结合，为中国移动互联网的高速发展提供基础业务能力。5G大幅提升了宽带传输的效率，也同时实现了更快的传输速率，能够在相同时间内传送更多的信息。与4G通信技术相比，5G通信技术将通信延时降低到1 ms左右，这种通信延时的降低能够减少很多企业的不必要损失。例如自动驾驶等相关行业，采用5G网络后能有效提高自动驾驶的反应速度。5G能够实现信号全覆盖，在任何5G基站覆盖的地方都能够畅通无阻的通信。除此之外，5G网络能够降低物联网设备的功耗，有利于大规模部署物联网设备[2]。

1 5G移动通信的关键技术

1.1 大规模MIMO技术

大规模多天线（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术是提升网络频谱效率和信息传输稳定性的有效手段。根据信息论基础理论，天线数量越多，频谱效率和稳定性也就越高。尤其是在有数量极多的接收天线与发射天线时，MIMO信道容量会随着收发天线的数量的最小值而发生变化[3]。

与现有的MIMO系统相比，大规模MIMO的空间分辨率有了很大的提高，可以对多用户在同一时频资源上利用大规模MIMO所带来的空间自由度进行研究，并且根据研究的结果去探索基站天馈线的同步通信情况，在不增加公共移动通信终端空间密度和带宽的情况下提高频谱效率的目标。宽带MIMO系统还能使波束聚集于更狭窄的空域，有效降低噪声和不相关干扰[4]。

1.2 超密集网络技术

在超密集异构网中，高网络密度使得网络节点更靠近终端用户，大大提高了频谱利用率和功率效率，也大大增加了系统容量。密集型异构网节点间的距离不同，可能会与现有网络系统出现冲突。不同行业和应用对服务质量（Quality of Service，QoS）的要求有所不同，不同业务在网络中的分担情况、节点之间的协同策略以及系统能效最低的小区激活等问题是系统性能的重要体现。要实现大规模的节点协作，就需要准确快捷地找到大量的相邻结点。由于在系统间随机设置了大量的自动开闭环节，使得整个网络拓扑和干扰图样都会在大范围内发生动态变化。密集的站点部署需要庞大而复杂的回传网络，为了提升节点部署的灵活性并减少部署成本，通过同一频率接入技术解决这一问题十分关键[5]。

1.3 D2D技术

随着智能终端设备越来越多，能够满足用户特定需求的新型通信业务也处于增长爆发期，如何合理进行网络容量的扩展并提高无线频谱利用率和终端用户对网络模式的感知能力成为亟待解决的问题。在无线技术方面，终端直通（Device to Device，D2D）、宽频带天线阵列、全频谱接入、超高密度网络以及新型的多址接入等已成为业界关注的焦点。

D2D通信是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种方式。每一个用户节点都包括D2D通信用户组成的分散式网络，这些网络可以向所有的D2D用户发送信息，也可以接收信息。所有的互联网参与者都共用了一些硬件资源，共用的网络资源者都能够直接地向互联网上提交服务和资料，同时允许其他的终端用户进行存取，而不是使用中间实体服务[6]。在D2D的通信网络中，用户节点能够同时拥有服务器与客户端的所有功能，而且用户之间也能够互相通信。D2D中各用户节点之间的关系如图1所示。

2 5G移动通信技术在通信工程中的应用

5G通信网络具备通信传输速率快、通信质量好等优势，能够大大提高通信信息数据的完整性、及时性、全面性以及准确性，同时也能有效解决当下通信网络中存在的各种问题，可以满足不同领域对于网络通信的需求，提高客户满意度，促进通信工程的健康长远发展。利用有线通信技术进行网络系统的构建需要耗费大量的人力物力，而且在不同网络拓扑结构的影响下通信能力、通信品质以及数据通信效率都有极大的局限性。为了满足用户实时通信的需求，可以将5G移动通信技术应用于通信工程设计，有效降低中间节点等诸多因素的干扰，节约通信工程建设的投资成本，推动互联网产业的进一步创新发展，为用户提供高品质、全方位的优质服务[7]。5G移动通信技术在不同场景的应用如图2所示。

5G通信技术的广泛应用有效提高了人们的生活质量，为人们的生活与工作提供了不少便利，促进我国社会朝着智能化、信息化、数字化的方向发展。利用5G通信技术可以实现对路灯等基础公共设施进行智能化管理，进一步加快智能化城市建设。在智能系统建设过程中要明确网络体系结构，在综合网络建设和应用的基础上实现信息的高效传输，为智能城市的发展提供强有力的支持。

5G技术推动物联网实现新的发展，涉及工业、农业、医疗、教育等领域，同时在智能家居、移动终端、云端办公以及可穿戴式智能设备等方面也有着广泛应用。在实践中，应用5G移动通信技术可以满足不同领域对网络通信能力的要求。通过将5G与大数据等新一代技术进行融合，可以有效提高城市交通等的安全管理水平[8-10]。

3 结 论

随着科技的迅猛发展，5G移动通信技术也进入了高速发展时期，国内移动业务快速增长。5G移动技术高度重视通信信号的强度问题，具有信息传输速率快、安全性和稳定性高等优点，有效解决了当下通信信号覆盖中所展现出来的问题，为移动网络的进一步发展奠定了坚实基础。