5G无线通信技术概念及应用思考

摘要：科技的进步推动着互联网企业的发展，促进更多通信技术和通信产品的研发，大幅度提高通信的传输的速度，为人们的生活生产提供极大的便利。5G无线通信技术就是其中之一，自诞生以来，就备受瞩目。本文主要介绍了5G通信技术的概念和技术优势，并对其应用场景进行分析，探讨了其在智慧能源行业的具体应用。

关键词：5G无线通信技术;技术优势;智慧能源;应用

0  引  言

近年来，5G无线通信技术发展迅猛，已经成为目前网络技术发展的主要方向，其的不断完善能够让全球网络的互联变成可能。5G可以充分的利用互联网技术，并对纳米技术进行研究和开发，促进无线通信技术的革新，更贴合人们的实际需求，为数据的精准传播提供保障。同时，互联网技术的发展也为5G无线通信技术带来更多的发展机会，为各行业的智能化、可持续发展奠定基础。

1 5G无线通信技术的概述

1.1  概念

5G是第五代移动蜂窝通信的简称，其融合2G、3G以及4G这前三代技术的优势，在实际的应用中，可以在相对低的能量损耗的条件下完成高效率、高质量的信息传输。相比于上一代的4G技术，5G技术具有更大的技术优势，具体对比如表1所示。其可以推动信息网络全覆盖目标的实现，提高终端用户的使用体验。同时由于无线通信技术智能化程度更高，因此信息的传输服务会有一定的优化，而传输的过程则相应简化。作为现有无线接入技术的有效补充，5G无线通信技术可以实现可靠、高前、实时的无线互联，提高互联的体验感。该技术还可以提高频谱资源的利用宽度和利用率，尤其是针对在前几代技术中鲜有用到的高频频谱。

1.2 技术优势

5G无线通信技术的技术优势主要集中在以下三个方面：

（1传播速度快、质量高

5G无线通信技术在传统无线网络通信技术的基础上加强了对移动通信技术的应用，因此其在保留傳统技术优势的基础上还得到了进一步的提升，最为显著的就是在传输速率以及传输清晰度的提升方面，与4G技术相比，其传输速率提升了100倍。用户最直观的体验就是视频或文件上传和下载的时间大大被缩短，过往一部电影可能需要一个多小时才能下载完成，现在仅需要几十秒甚至几秒内就能下载完成，减少不必要的等待时间浪费。在速率高的同时，5G技术还能够保障传输的清晰度，极大的降低了视频失真情况的出现。

（2）极强的兼容性

5G技术具有极强的兼容性，可以兼容4G、3G甚至2G的技术应用，便于构建科学、合理的通信平台。这项技术是多种网络通信技术平稳运作的强力保证，可以建立万能安全平台，实现NPC、WiFi等的安全有效连接，进一步提升通信服务的水平。同时，还可以推动信息的互通、互享。而随着线上支付的普及率的大幅度提高，通过应用5G无线通信技术，可以有效的识别、诊断以及剔除网络不良链接，防止支付安全问题的发生，切实保障支付的可靠性，让人们买的放心，付的安心。

（3）低成本

对于传统的通信技术来说，其运营模式的选择更多基于物理层面的考量，缺少足够的数据支持，因此有时候会出现投入和产出不匹配的问题，同时也没有有针对性地去重视、去优化环保问题，导致无法从根本上解决高污染的问题。随着技术的不断革新，5G无线通信技术逐渐取代传统技术，针对无线通信技术的发展瓶颈和终端用户的使用问题点进行创新，以达到更好的应用效果。无论是在一次性的投入方面还是后续运营能耗方面，5G无线通信技术相较于传统模式都有相当大的优势，能够在低成本投入的情况下获得高质量的服务，具有极高的性价比。

2 5G无线通信的关键技术

2.1新型多天线传输技术

无线通信技术经过多年的发展，频谱的资源已经较为紧缺，因此，为了更好的促进5G无线通信技术的发展，就必须引入能够提高频谱利用效率的技术，而新型多天线传输技术则是最简单、最灵活、效果较优的技术。利用，可用基于LSAL技术，形成巨大的信息矩阵。在这个矩阵的支持下，信号干扰现象发生的概率变的极低，对于边缘用户的用户体验的提高具有重要的作用，也能够帮助合理分配频谱资源，为5G无线通信技术的进一步应用和发展提供助力。同时，新型多天线传输技术还能够帮助人们合理的规划空间位置并按照一定的规律划分出多个层次，实现“一对多”的服务特点。

2.2 高频传输通信技术

经过多年的累积，低频段频谱已经被广泛的应用在传统的无线通信中，导致5G无线通信技术功能最大化的频段基本都被占用。因此，为了确保5G无线通信技术能够发挥出其应有的能力，就必须保证其能够获得足够宽的传输带。未来达到这一目的，就需要配备合适的射频器件，并调试至最合适工作频率和频段上，为5G无线通信技术提供合适的频段来完成相应的工作任务。高频段频谱具有高带宽、占用率低的特点，极其符合5G技术的通信需求。同时，高频段的频谱极其适用于短距离、高速率传输的通信需求。由于目前技术水平的限制，无法克服高频电磁波在传播过程中被空气介质吸收的难点，导致高频段的传输的难度较大，过程的损耗也相对较大。基于上述原因，目前高频段的信息传输大部分都是采用直径传播的方式，用户只能在基站指定范围内获取网路，对于5G无线通信技术的传输性能带来很差的影响。同时，大部分的5G无线通信技术还处于研发或者试验阶段，暂时还无法有效的应用在生产生活中。

2.3 超密集组网技术

通过高度密集的组网技术能够对现阶段网络覆盖性不足的情况进行优化，能够大幅度的提高系统的容量。在有需求时，还通过分流移动通信业务来提高网络部署的灵活性。但组网的密集程度也有密集性的限制，其部署的复杂程度越高，其形成的网络拓扑就越复杂，器件运行的损耗就越大，能效就越低。因此，需要加强超密集组网技术关于消除干扰，提高能效等问题的研究，以更好的促进5G无线通信技术的应用与发展。

2.4 智能化技术

5G技术未来发展的必然趋势是智能化，目前，我国在智能化领域的研究也处于世界领先地位，可以在局部范围内实现物联功能，也有越来越多的智能产品被应用到人们的生产生活中。将5G技术作为构建智能终端产品联系的应用基础，并基于这个基础形成一个规模极大的数据库，数据库中的信息则通过大数据技术进行分析和汇总，形成一个云端的经验库，旨在提高5G技术的服务水平和服务质量。通过不断的进行智能技术的融合，可以不断扩大5G的实际应用场景。随着应用和研究的深入，将有越来越多的定制化服务被呈现出来。

2.5 新型网络架构技术

社会的不断发展带来通信业务的类型的骤增，一个新的业务类型的出现就会意味着之前的业务整合方式具有遗漏，并不再完全适用。目前，解决这一难题的有效方法就是自组织网路，其可以实现网络的虚拟化，自动优化业务的整合。通过与5G技术的结合，通信技术的互动效果会更好，形成的网络架构能够保证信息储存的稳定性，保证通信的质量。尤其是针对无线通信，利用新型网络架构的云端优势，结合数据和峰值的速率，更加清晰的凸显通信技术的优势。

3 应用场景

3.1 uRLLC型

目前，该应用场景下最典型的应用就是自动驾驶，目前，这项技术已经相对成熟，主流的汽车已经能达到至少“L2”级别以上的辅助驾驶体验，而对于无人驾驶，目前也已经进入了路试的阶段。该应用场景主要就基于5G技术的及时、可靠的特点，及时的识别和反馈路面信息，保证行驶安全。按5G技术的理论，单条传输通道已经达到超过1Gb/s的下载速度，在这种速度条件下，信息的传输通道基本不存在延时，可以有效的提高自动驾驶的安全性。同时，这应用场景也被应用在智能传感器上，控制核心采用FPGA，结合A/D转换芯片的采集单元程序实现数据采集和时序的转换，其系统框架如图1所示。智慧能源也是该场景的重要应用。

3.2 eMBB型

这个应用场景主要利用5G无线通信技术的高传输容量，同时能够快、准的传输大数据的特征。目前这个应用场景最成功的应用案例就是VR技术，其不仅可以在游戏行业中使用，也同样适用于其他需要三维成像的领域，对于推动行业的基础培训和行业发展的提升具有重要的意义。5G技术与VR技术的融合，可以有效提升信息的同步展示。和前几代的通信技术相比。5G具有超级网络下载的特点，一部2G的高清电影，可能仅仅需要2秒钟就可以完成下载。基于这个功能，信息的交流会更加的便捷。

3.3 mMTC模型

这个应用场景主要利用5G技术的处理能力方面。5G技术的处理能力可以满足海量设备及时通信的需求。该应用场景的待变就是智慧城市，其具有超前的链接功能，能够将整个环节的信息进行连接和共享，并形成具备的物联网结构，实现区域内的万物互联。目前，这项技术已经在我国北京、上海、深圳等城市进行了试行，旨在通过智能化的管理方式来优化管理成本，提高城市的管理效率。随着技术的不断更迭，这个区域范围将逐步增大，将有更广泛的應用价值。

4 5G通信技术在智慧能源发展方面的应用

4.1 应用需求分析

在智慧能源领域，我国已经颁布了指导文件，要求智慧能源行业要朝着安全可靠、绿色高效的发展目标迈进。因此，我国智慧能源的发展着重点在以下四个方面：（1）清洁发展，不断地提高可再生清洁能源在终端能源结构中地比例，同时对火力发电及废气处理技术进行革新，降低污染地排放量;（2）特高压输变电技术地提升，降低能源传输过程地损耗;（3）灵活可靠地配电。我国的电力输出地主要集中在西南、华北及中西部地区，但能源需求最大的是东部地区，提高配电的灵活性可以有效的节能并保障用电的平稳;（4）能源互联网，通过互联网技术将能源进行连接，提高能源的利用效率，保障生产生活。以上四个方面内容涵盖了从电力生产、传送以及使用的全过程，也就是对电力行业的整体智能化改造的过程，达到提效率、降成本、保安全、稳用电的目标。

4.2 应用技术要求

我国在5G技术领域处于世界领先地位，这对于我国的产业升级和网络安全性维护都具有重要的意义。我国已经建成了可以传输35KV以上数据通量的主干网络，并结合5G技术对主干网路上传输的数据进行合理的分配，满足数据通信极低延迟的要求，从而可以灵活接入电信网络。

我国的光纤通信技术的建设亦是处于世界领先地位，基本上已经覆盖了90%以上的有人区域。虽然覆盖面极广，但是由于我国的城镇化率相对较低，同时地缘辽阔，村镇之间的间隔大，也就带来了光纤的覆盖和维护成本高的问题。如果仅仅利用原有的光纤网络监管和维护输电网络，极有可能出现维护不到位而导致延迟甚至失真的情况，不利于电网的安全平稳维护。因此，国家电网提出了“泛在化、全覆盖”的发展方向，基于自动化技术和5G技术对电网的智能化进行改造。

配电网是智能电网的主要应用领域，其丰富了电力的应用形式，还可以对用电高峰期进行预测和调度，保障电网的平稳运行，保证企业的用电稳定。传统的用电需求的保障是根据电网的电力供应能力来确定的，因此，在低用电峰期，就会有大量的电力基础设施被闲置，既增加了建设成本，又增加了维护成本。但在引入5G技术后，配电的数值就可以通过分析用电大户的用电规律，从而获取业务需求，在用电高峰时保障用电，用电低谷时则将电力恢复至正常值，有效提高电网的调度能力，降低用电成本。

4.3 应用细节探讨

5G技术在智慧能源方面的应用主要集中在以下三个方面：

（1）控制类。控制类应用场景主要作用在智能化的配电管理以及用电量的调控方面。我国的能源分布及其不均匀，“西电东输”战略就是为了应对这一问题而提出的，是电力资源二次均衡分配的重要途径。作为电力分配最重要的设备，基于5G技术将配电终端进行全国性互联，就可以实现全国范围内的电力调控。要想达到好的效果，5G无线通信技术必不可少，其具有能够同时传输大量数据的能力，并且具有极高的传输速度，侧面反映了配电的反应时间短，为电力基础设施的保护和电力的调度提供助力。

（2）采集类。这一应用场景的工作内容就包括了海量数据的采集、整理和分析，一是实时视频。其整个运作过程如图2所示。基于5G无线通信的能源信息采集系统将全国各地的发电站、配电站和接收站连接在一起，然后利用自动化和5G技术对上述三个站场的运行数据进行采集，并给予智能化的系统对采集的数据进行计算处理和分析，最后输出一个配电的决策依据来指导能源调度工作。目前，我国采用点点链接的通讯链接方式，作为控制中枢的主系统也会逐步下沉，这就为全国性的智能電网调控打下了坚实的基础。通过5G无线通信技术的应用，可以大大缩短各个站场信息数据的收集时间，并且可以对各站场的实时数据进行记录，实现精确的信息控制。在大数据的基础上，分析用户的用电习惯，进而为控制电力高峰期提供帮助，更便于系统的调度。

（3）巡检类。输电线路的安全性是影响用电稳定性的重要因素。目前，大部分的高压输电线路以及配电站的检修工作仍然由人工完成，高空、高压的作业环境对作业人员的生命安全造成严重的威胁，一旦发生意外，其后果难以预估。而采用5G技术通过远程控制机器人进行检修，可以有效的保护作业人员的生命安全。同时，由于机器臂的弯折性和灵活性，检修的精准性也可以得到提升。除此之外，无人机巡检及智能安防也是重要的应用。中国移动携手华为，联合国家电投在江西光伏电站就建立了首个基于5G网络的智能电厂。5G网络的高可靠、低延时、大带宽的网络特征，为无人机巡检、智能安防、机器人巡检和单兵作业这四个应用场景提供巨大的助力。国家电投可以在位于南昌的集控中心远程操控位于九江光伏电站的无人机、机器人等进行巡检作业，并将巡检的高清图像和数据实时传送回南昌，实现无线的远程操控。在智能安防场景下，通过高清的360°全息摄像头，对站场进行全方位实时的监控，及时发现异常，避免出现问题。

5 结语

5G时代已经全面开启，全球各国都将其列为重要的发展战略，这项技术在未来将发挥着越来越重要的作用，对人们的生产生活带去深远的影响。5G无线通信技术不仅带来了高速、高效的网络，而且为实现全球互联提供了窗口，促进全球经济的一体化。5G的发展能为各行各业带来利好，必须给予持续性的研究支持，以更好的服务全人类。

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作者简介：

张舒  （1974年10月25日）;性别：男;民族：满族;籍贯：黑龙江省牡丹江市穆棱县;学位：学士学位;职称：通信工程师;主要研究方向为：市场营销、通信技术