論5G無線通信技術的應用與發展

洪承化

摘 要：伴隨5G網絡建設，5G新業務、新架構、新技術，都會對安全和用戶隱私保護提出新的挑戰。5G安全機制除了要滿足基本信息通信，還需要為不同業務場景提供差異化安全服務，能夠適應多種網絡接入方式及新型網絡架構，隱私保護，支持開放運營環境下的安全能力。未來5G安全將呈現多樣化場景，并在多種接入方式以及新型網絡架構的基礎上提供全方位的安全保障。

關鍵詞：5G；移動通信技術；網絡架構

一、5G移動通信技術的關鍵技術

2G/3G/4G數據技術的發展為5G移動通信關鍵技術的成熟奠定了基礎，5G移動通信技術的關鍵技術主要如下。

高頻段傳輸技術：隨著移動終端用戶規模的不斷增長，頻譜資源成為越來越稀缺的資源，高頻段傳輸能夠提高頻譜資源的利用效益。目前移動通信系統的頻段主要在3GHz以內，如果采用高頻段帶寬就會達到273.5GHz，這樣不僅通信設備的尺寸要小很多，而且還能夠實現短距離內的高速信息傳遞，滿足用戶容量、速率等多方面的要求。

多天線傳輸技術：多天線傳輸技術是目前5G技術中需要重點研究的技術，多天線傳輸技術可以實現從二維到三維、從無源到有源、從高階多輸入多輸出到大規模陣列，能夠充分提高頻譜利用率10倍以上。

同時同頻全雙工技術：能夠在相同的物理信道上對兩個方向的信號進行傳輸，因而也被稱為是高效的頻譜效率技術。同時同頻全雙工技術能夠消除通信雙工節點自身發射機信號的干擾，既可以發射信號機信號，又可以接收另一節點的同頻信號，因而能夠有效地提升頻譜效率，使移動通信網絡具有靈活性和穩定性。設備間直接通信技術：在5G網絡當中，用戶的規模、數據的流量都將會大幅地增加，以傳統基站模式為中心的組網方式顯然已經不能滿足業務發展的需求，而設備間直接通信技術可以實現在沒有基站的情況下也能有效運轉，開拓接入和網絡連接方式。

密集網絡技術：5G網絡數據流量的目標是4G的1000倍，實現這樣的目標需要應用兩種技術：其一是布置大規模的天線在宏基站處用來獲得室外空間增益；其二是通過布置密集的網絡來滿足室內外的數據傳輸需求，由此可見，5G將會采用更加密集的方案，部署超過200個以上扇區以增強網絡覆蓋能力。

新型網絡架構技術：5G網絡架構將呈現扁平化、低成本、低時延、高效率、易維護等特點，當前的研究方向主要還集中在C-RAN和云架構。

智能化技術：5G網絡是由大型服務器組成的云計算平臺，主要通過具有數據減緩功能的路由器和交換機網絡來連接基站，采用宏基站能夠實現云計算存儲功能、大數據存儲功能、處理時效性強的數據、處理多樣化的業務、連接方式的多樣化等功能，全面實現信息通信技術的智能化。

二、5G移動通信技術的應用趨勢將主要體現在以下3個方面

一是萬物互聯：從4G開始，智能家居行業已經興起，但只是處于初級階段的智能生活，4G不足以支撐“萬物互聯”，距離真正的“萬物互聯”還有很大的距離；而5G極大的流量將能為“萬物互聯”提供必要條件。未來數年，物聯網的快速發展與5G的即將商用有著密不可分的關系。由于目前網絡條件的限制，很多物聯網應用需求并不能得到有效滿足，這其中主要包括兩大場景：一是大規模物聯網連接，其特點是規模較大，每終端產生的流量較低，設備成本和功耗水平也相對較低；二是關鍵任務的物聯網連接，要求網絡具備高可靠、高可用、高帶寬以及低延時的特點。致力于提供更高速率、更短時延、更大規模、更低功耗的5G，將能夠有效滿足物聯網的特殊應用需求，從而實現自動化和交通運輸等領域的物聯網新用例，加快物聯網的落地和普及。事實上，在5G技術研發階段，各組織機構已經達成共識：物聯網將是5G最主要的應用場景，也是5G最先部署和落地的應用場景，而在5G技術研發階段，物聯網的特殊需求也被各組織所重點考慮。

二是生活云端化：如果5G時代到來，4K視頻甚至是8K視頻將能夠流暢實時播放；云技術將會更好的被利用，生活、工作、娛樂將都有“云”的身影；另一方面，極高的網絡速率也意味著硬盤將被云盤所取締；隨時隨地可以將大文件上傳到云端。

5G的移動內容云化有兩個趨勢：從傳統的中心云到邊緣云（即移動邊緣計算），再到移動設備云。由于智能終端和應用的普及，使得移動數據業務的需求越來越大，內容越來越多。為了加快網絡訪問速度，基于對用戶的感知，按需智能推送內容，提升用戶體驗。因此，開放實時的無線網絡信息，為移動用戶提供個性化、上下文相關的體驗。在移動社交網絡中，通常流行內容會得到在較近距離范圍內的大量移動用戶的共同關注。同時，由于技術進步，移動設備成為可以提供剩余能力（計算、存儲和上下文等）的“資源”，可以是云的一部分，即形成池化的虛擬資源，從而構成移動設備云。

三是智能交互：無論是無人駕駛汽車間的數據交換還是人工智能的交互，都需要運用到5G技術龐大的數據吞吐量及效率。由于只有1ms的延遲時間，5G環境下，虛擬現實、增強現實，無人駕駛汽車、遠程醫療這些需要時間精準、網速超快的技術也將成為可能。而VR直播、虛擬現實游戲、智慧城市等應用都需要5G網絡來支撐，這些，也將成為未來生活的改變。不僅手機和電腦能聯網，家電、門鎖、監控攝像機、汽車、可穿戴設備、甚至寵物項圈都能夠連接上網絡。

三、中國引領5G移動通信技術發展的建議

中國需要推進全球統一標準并搶占先機。Polar碼最終能夠勝出，佐證了中國通信業的崛起，國際地位明顯提升，早已今非昔比。同時，我國在移動通信領域的進步不能也絕不會孤立于全球主流。鑒于2G有兩個標準，3G有3個標準，4G有兩個標準，如今，全球通信業已達成共識：5G要形成一個統一標準。我國政府高層也多次強調，5G要大合作，中國將積極貢獻自己的最新研發成果，為推進全球統一標準而努力。另一方面，中國需要明晰通信技術與物聯網共生的定位，與物聯網的共生也是未來我國在發展通信技術的關鍵。5G和物聯網協同效應是未來最主要的場景。處理物聯網產生的多樣化數據需要5G網絡具備高度靈活性。反過來，物聯網將管理5G網絡配置，以滿足終端用戶隨時隨地的需求。在中國移動的聯合創新中心成員名單中，除了傳統的通信領域企業，還有海爾、海信這樣的家電制造商，以及首鋼這樣的傳統制造業，他們都是中國目前物聯網的主要應用者和推動者。

四、結語

ICT技術驅動全球化并為人類帶來發展的機遇與挑戰，在全球一盤棋的大背景下，任何一個國家，任何一個公司想要“碾壓”對手，形成“一家獨大”都是不可能的。要形成一個統一的5G標準，既需要有關各方貢獻最新的研發成果，又要盡可能團結大多數，必要時還要進行適當的合作妥協。展望2018年，要想在5G領域持續領跑的革命尚未成功，我國通信業仍需持續努力。在信息通信業最核心的技術領域，中國企業的原始創新能力還需進一步提高。在5G全球標準的研發推進中，中國需要貢獻更多的創新成果，在一些關鍵技術領域擁有更多的話語權，引領5G移動通信技術發展與應用，促進合作與共贏。

參考文獻

[1]陳琪.5G移動通信的發展及新特征概述[J].中國新通信.2015（12）

[2]徐燦輝.5G網絡部署影響因素分析[J].廣東通信技術.2018（04）

（作者單位：福州寰宇鴻通通訊信息有限公司）