5G通信技術(shù)應(yīng)用場景及關(guān)鍵技術(shù)分析

李竟竟

摘要：針對5G通信技術(shù)，在介紹其應(yīng)用場景的基礎(chǔ)上，對其自組織網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、D2D通信和M2M通信幾種關(guān)鍵技術(shù)進行深入分析，旨在為5G通信技術(shù)更好的應(yīng)用，實現(xiàn)各預(yù)期目標提供一定技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：5G;應(yīng)用場景;關(guān)鍵技術(shù)

5G是第五代移動通信技術(shù)的英文簡稱，是全新一代蜂窩移動通信技術(shù)，同時也是2G/3G/4G之后的重要延伸。其重要目標在于提高數(shù)據(jù)速率、縮短延遲、減少能耗、減少成本、增加系統(tǒng)容量與大量連接設(shè)備，應(yīng)用場景多種多樣，而這些目標的實現(xiàn)都有賴于對關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

一、5G應(yīng)用場景

基于5G網(wǎng)絡(luò)，可以使無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)從過去的人之間通信變?yōu)槿撕臀镏g以及物和物之間相互通信，即實現(xiàn)所謂的萬物互聯(lián)。與5G可以提升的各類性能相對應(yīng)，采用5G網(wǎng)絡(luò)后，能實現(xiàn)高移動帶寬方面的業(yè)務(wù)需求。根據(jù)過去的相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果，到2025年，對于AR/VR市場，其規(guī)模可以突破1820億美元。想要達到預(yù)期效果，單用戶帶寬就需要達到至少200Mbit/s，同時為避免使用者產(chǎn)生眩暈感，時延不能超過20ms，基于此，必須借助5G技術(shù)才能滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，使其達到預(yù)期的商用目標[1]。5G技術(shù)可以為家庭提供全新的接入方案，采用無線接入取代現(xiàn)有方案，能更加靈活和方便的進行部署，并能節(jié)省相應(yīng)的投資。車聯(lián)網(wǎng)先后經(jīng)歷了以有線通信為核心的路側(cè)單元和以2G、3G及4G網(wǎng)絡(luò)為核心的車載信息服務(wù)，現(xiàn)在的車聯(lián)網(wǎng)在通信技術(shù)支持下，正在向更高水平發(fā)展，開始進入到自動駕駛的全新時代。根據(jù)各國的發(fā)展規(guī)劃，通過對5G網(wǎng)絡(luò)的合理應(yīng)用，可以在2025年實現(xiàn)對自動駕駛汽車生產(chǎn)，其市場規(guī)模可以達到至少1萬億美元。由于電網(wǎng)對運行安全性和可靠性提出了很高的要求，而且還具有全覆蓋特性，所以智能電網(wǎng)需要在做好海量連接的基礎(chǔ)上，使可靠度達到99.999%以上。大量終端設(shè)備在相同的時間接入和在20ms以內(nèi)的時延，時其運行保持安全與可靠的基本需要。5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景、能力要求和關(guān)鍵技術(shù)之間的關(guān)系如圖1所示。

二、5G關(guān)鍵技術(shù)

（一）自組織網(wǎng)絡(luò)

在以往的移動通信網(wǎng)絡(luò)當中，大多采用人工進行網(wǎng)絡(luò)部署與運行維護，這樣不僅需要耗費大量的資源，而且還會增大運行成本，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果也無法達到預(yù)期。而對于5G而言，將面臨到不同方面的挑戰(zhàn)，包括網(wǎng)絡(luò)部署、網(wǎng)絡(luò)運營與網(wǎng)絡(luò)維護，其原因為網(wǎng)絡(luò)涉及不同的無線接入技術(shù)，并且不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其覆蓋能力有所不同，相互關(guān)系也錯綜復雜。基于此，自組織網(wǎng)絡(luò)由于具有智能化特點，所以必將在5G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮出重要作用，成為一項關(guān)鍵技術(shù)。通過對這項技術(shù)的應(yīng)用，能有效解決以下兩個方面的問題：第一，在網(wǎng)絡(luò)部署階段實現(xiàn)自規(guī)劃與自配置;第二，在網(wǎng)絡(luò)維護階段實現(xiàn)自優(yōu)化與自愈合。其中，自配置指的是對所有新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行的配置都可以做到即插即用，以此在降低安裝難度的基礎(chǔ)上減少成本。自優(yōu)化的主要目的在于減少實際業(yè)務(wù)工作量，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，增強性能表現(xiàn)。自愈合是指對系統(tǒng)問題進行自動檢測和定位，并及時排除故障，以此在降低維護成本的基礎(chǔ)上，防止影響到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及用戶體驗。而自規(guī)劃的主要目的在于對網(wǎng)絡(luò)實施動態(tài)規(guī)劃，并對其予以嚴格的執(zhí)行，以切實滿足容量擴展和業(yè)務(wù)實時檢測等方面的要求[2]。

（二）內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

在5G網(wǎng)絡(luò)當中，直接面向于大量用戶的不同業(yè)務(wù)需求快速增長，使網(wǎng)絡(luò)流量呈幾何增長，這樣會對網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)造成影響。怎樣有效的對大流量業(yè)務(wù)進行分發(fā)，縮短用戶獲取到想要信息的時延，是運營商必須解決的難題之一[3]。只通過增加帶寬無法解決問題，而且還會受到網(wǎng)站及路由等因素的影響。以上問題都和服務(wù)器間距存在密切的關(guān)系。采用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)能為5G網(wǎng)絡(luò)提供可靠支撐，增加容量，提高用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量水平。對于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，它是指在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增加新層次，也就是智能虛擬網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對不同節(jié)點所處的連接狀態(tài)和負載情況等進行綜合考慮，然后將不同的內(nèi)容分發(fā)到與用戶相靠近的服務(wù)器，使用戶能夠就近的獲得需要的信息，以此緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，縮短響應(yīng)時間，并加快響應(yīng)的速度。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為在用戶側(cè)和源SERVER之間建立若干代理SERVER，以此在有效降低延遲的基礎(chǔ)上，有效提高QOS。在用戶發(fā)出了內(nèi)容請求之后，若源服務(wù)器在之前就接收到過類似請求，則這一請求會被內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)重定向至與用戶相距最近的代理服務(wù)器，然后由代理服務(wù)器對內(nèi)容進行發(fā)送。基于此，源服務(wù)器僅需將相應(yīng)的內(nèi)容發(fā)送至代理服務(wù)器，即可使用戶利用帶寬充足且距離最近的代理服務(wù)器進行內(nèi)容獲取，以此降低網(wǎng)絡(luò)的時延，同時增強用戶服務(wù)體驗。伴隨云計算技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，這項技術(shù)將向著專業(yè)化和定制化的方向快速邁進。

（三） D2D通信

對于5G網(wǎng)絡(luò)，其容量和頻譜效率都必須得到提升，提供更多通信模式和良好用戶體驗對5G而言是重要的演進方向。D2D通信作為設(shè)備之間的通信，在提高系統(tǒng)性能、提升用戶體驗、緩解基站壓力、保證頻譜實際利用率等方面具有良好的應(yīng)用前景。基于此，在5G網(wǎng)絡(luò)當中，D2D可作為一項重要的關(guān)鍵技術(shù)。對于D2D通信，它是將蜂窩系統(tǒng)作為基礎(chǔ)形成的可對數(shù)據(jù)進行近距離實時傳輸?shù)募夹g(shù)，使數(shù)據(jù)在不同的終端之間完成傳輸，無需在基站中進行轉(zhuǎn)發(fā)，并且所有控制信令都能通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中采用D2D通信，能有效減輕基站的負擔，縮短端到端信息傳輸時延，大幅提高頻譜效率，并能減小終端的發(fā)射功率。如果無線通信設(shè)施發(fā)生故障或被損壞，則終端可以利用D2D進行端到端通信，在條件允許的情況下，還可以接入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)當中。對于5G網(wǎng)絡(luò)，不僅能在授權(quán)頻段對D2D通信進行部署，還能在非授權(quán)頻段完成部署[4]。

（四） M2M通信

M2M在物聯(lián)網(wǎng)中是最為常用的一種形式，目前在很多領(lǐng)域都有所應(yīng)用，包括智能電網(wǎng)、安全監(jiān)測、城市信息化和環(huán)境監(jiān)測。早在3G時代，就對M2M制定了相關(guān)標準，同時立項開始對其關(guān)鍵技術(shù)進行分析研究。對M2M給出的定義，可分為廣義與狹義。其中，廣義上的M2M指的是對設(shè)備之間、人和設(shè)備之間以及網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間進行通信，包含所有實現(xiàn)通信的相關(guān)技術(shù);而狹義上的M2M指的是設(shè)備間通信。對M2M而言，智能化和交互式是它的主要特征，基于這一特征，設(shè)備將更加智慧和智能，為5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，提供可靠的硬件支持[5]。

三、結(jié)束語

綜上所述，5G不僅僅是一場重要的技術(shù)革新，更重要的是它蘊含著千萬億級的市場。5G通信技術(shù)應(yīng)用場景更加多樣，想要實現(xiàn)預(yù)期的目標，需要得到各項關(guān)鍵技術(shù)的大力支持，包括自組織網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、D2D通信和M2M通信等等。

參考文獻：

[1]何琦，高聰慧，單彬.5G通信技術(shù)應(yīng)用場景及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].無線互聯(lián)科技，2020，17（02）：111-112.

[2]何國華，施虹，趙偉.淺談5G通信技術(shù)應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)[J].數(shù)字通信世界，2020，11（01）：52-53.

[3]賈聿庸，湯建歡.5G關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用場景分析——以個性化定價的概念展開[J].互聯(lián)網(wǎng)天地，2019，11（10）：24-28.

[4]夏彥東，鄧寧靜.衛(wèi)星導航與5G移動通信融合架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用前景[J].中國新通信，2019，21（18）：23.

[5]曹慧娟，王洪梅，王浩年.5G通信技術(shù)應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)[J].中國新通信，2019，21（15）：122-123.