5G移動(dòng)通信技術(shù)及其在信息服務(wù)中的應(yīng)用

陳國(guó)棟

（廣西千萬(wàn)里通信工程有限公司，廣西 南寧 530000）

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

作為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相較于4G網(wǎng)絡(luò)有著多方面的顯著優(yōu)勢(shì)，主要包括如下3個(gè)方面。第一，從信息傳遞速率角度看，由于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有針對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其峰值傳遞速率比4G網(wǎng)絡(luò)通信高出十倍，使得通信更加流暢快捷，用戶體驗(yàn)更好；第二，從信息傳輸延遲角度看，5G實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)傳輸時(shí)延，為即時(shí)通信創(chuàng)造良好的技術(shù)支撐；第三，從網(wǎng)絡(luò)連接能力角度看，目前5G技術(shù)已經(jīng)能夠承載千億級(jí)別連接，實(shí)現(xiàn)全方面提升網(wǎng)絡(luò)性能，能夠容納更多設(shè)備終端以及存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)量。實(shí)現(xiàn)接近光線的網(wǎng)絡(luò)接入速率，讓時(shí)延體驗(yàn)無(wú)限接近于“零”，是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為用戶提供沉浸式體驗(yàn)的關(guān)鍵。現(xiàn)如今，信息化、數(shù)字化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)5G作為關(guān)鍵的技術(shù)基礎(chǔ)與多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行深度融合。通過(guò)各行業(yè)對(duì)傳統(tǒng)商業(yè)模式開(kāi)展創(chuàng)新，將使得5G更加深入各個(gè)領(lǐng)域，不斷擴(kuò)展當(dāng)前數(shù)字化經(jīng)濟(jì)可發(fā)展的潛力空間，因此5G將在近幾年逐漸成為移動(dòng)通信的主導(dǎo)，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。5G作為未來(lái)社會(huì)中必備的基礎(chǔ)設(shè)施，給予公眾全方位服務(wù)的同時(shí)，將推動(dòng)各行業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型發(fā)展或進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。

2 5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 M2M、D2D通信技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，M2M與D2D技術(shù)充當(dāng)著非常重要的角色。M2M技術(shù)能夠使機(jī)器之間互相通信。D2D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間互相通信。

M2M的體系結(jié)構(gòu)包括機(jī)器、應(yīng)用、中間件、通信網(wǎng)絡(luò)和M2M終端（見(jiàn)圖1）。WMMP（Wireless M2M Protocol）協(xié)議（見(jiàn)圖2）是為實(shí)現(xiàn)M2M業(yè)務(wù)中的M2M終端與M2M平臺(tái)之間、M2M終端之間、M2M平臺(tái)與M2M應(yīng)用平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信過(guò)程而設(shè)計(jì)的應(yīng)用層協(xié)議。在5G網(wǎng)絡(luò)中，M2M技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)交互式服務(wù)，不僅能夠根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求給予答復(fù)，提供信道資源，而且能同時(shí)滿足一些常見(jiàn)的協(xié)議。在M2M技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，存在信道過(guò)載的問(wèn)題。因此，M2M技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要有效控制其負(fù)荷，規(guī)范通信應(yīng)用。

D2D通信方式給予用戶更大的靈活性，通信過(guò)程不再依賴網(wǎng)絡(luò)，D2D通信鏈路建立起來(lái)即可在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備干預(yù)的情況下傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了用戶間的直接通信。這種通信方式克服了基站位置固定的限制，并且可以在較低功率損耗水平下實(shí)現(xiàn)比基站轉(zhuǎn)發(fā)更高的數(shù)據(jù)速率，更低的時(shí)延響應(yīng)，非常適用于短距離通信。D2D體現(xiàn)了5G通信系統(tǒng)從傳統(tǒng)的以基站為中心的通信模式向以用戶為中心的通信模式的轉(zhuǎn)變，面對(duì)復(fù)雜的通信場(chǎng)景需求，可以顯著提高用戶的通信體驗(yàn)。圖3為D2D通信示意圖。

圖1 M2M的體系結(jié)構(gòu)

圖2 WMMP協(xié)議示意圖

圖3 D2D通信示意圖

2.2 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

由于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)流量很大，其流量增長(zhǎng)情況呈現(xiàn)直線上升的情況。所以需要使用超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，縮短終端與節(jié)點(diǎn)之間的距離，擴(kuò)大5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容量，從而提高網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的效率。在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)的過(guò)程中，為了進(jìn)一步保證網(wǎng)絡(luò)的效率，需要讓網(wǎng)絡(luò)能夠感知附近的節(jié)點(diǎn)，使5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠與超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間和諧有效地運(yùn)行。通過(guò)降低超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)的壓力能夠應(yīng)付5G網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)的隨機(jī)性。部署網(wǎng)絡(luò)時(shí)采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)部署的技術(shù)，能夠有效降低節(jié)點(diǎn)之間相互干擾的情況，同時(shí)能夠減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)空變動(dòng)的情況。圖4為超密集異構(gòu)網(wǎng)組網(wǎng)示意圖。

圖4 超密集異構(gòu)網(wǎng)組網(wǎng)示意圖

2.3 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是一種天線設(shè)置技術(shù)。MIMO技術(shù)可以根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)中空間因素對(duì)接收和發(fā)送端的天線進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)天線的分集和復(fù)用，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。5G通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù)基站安裝和天線配置等可以提高網(wǎng)絡(luò)的容量。在目前的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)運(yùn)用中，通過(guò)聯(lián)合使用集中式和散落式分布法可以有效提高設(shè)備的空間分辨率，降低網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射功率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。

2.4 SDN/NFV技術(shù)

云計(jì)算服務(wù)技術(shù)與運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)相融合為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擴(kuò)展性發(fā)展提供了助力。5G網(wǎng)絡(luò)在可擴(kuò)展性和安全性方面進(jìn)行了技術(shù)的規(guī)劃。SDN/NFV技術(shù)是一種全新架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化以及軟件的自定義。在建設(shè)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，SDN/NFV是一種基礎(chǔ)性的技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信各層的有效建立，如基礎(chǔ)層、控制層及應(yīng)用層等。在應(yīng)用以上各層的過(guò)程中，5G網(wǎng)絡(luò)接口調(diào)用均采用的是開(kāi)放式的API。

2.5 移動(dòng)云計(jì)算

移動(dòng)云計(jì)算的主要架構(gòu)包含基礎(chǔ)設(shè)施、客戶端軟件以及云平臺(tái)等。由于5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)具有低時(shí)延的特性，使得在本地實(shí)現(xiàn)對(duì)云端電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)控制變得更加實(shí)用。在5G技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，移動(dòng)端計(jì)算性能也在不斷增強(qiáng)，服務(wù)變得越來(lái)越多樣化。近年來(lái)，隨著各種終端設(shè)備的增加，通過(guò)5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)成為了可能，移動(dòng)云平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)的充分應(yīng)用，能夠大力促進(jìn)信息服務(wù)模式的創(chuàng)新和改革，幫助建立新的運(yùn)營(yíng)和交付模式。利用移動(dòng)云技術(shù)，通過(guò)接入5G網(wǎng)絡(luò)，能夠根據(jù)不同的需求與不同的智能服務(wù)終端進(jìn)行連接，幫助用戶有效地獲取資源和信息。同時(shí)，云計(jì)算能夠有效實(shí)現(xiàn)資源的存儲(chǔ)，還能靈活地使用各項(xiàng)資源，充分利用終端的計(jì)算資源，有效地補(bǔ)充了本地資源不足的情況。

3 5G移動(dòng)通信技術(shù)在信息服務(wù)中的應(yīng)用

3.1 在物聯(lián)網(wǎng)方面的實(shí)際應(yīng)用

例如，無(wú)人駕駛汽車對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的接收需要幾秒鐘，這是由4G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際速度來(lái)決定的，但如果實(shí)現(xiàn)5G通信技術(shù)的大面積覆蓋，那么發(fā)射與接收的時(shí)間會(huì)變得更短，大概是1 ms，這促使了無(wú)人汽車創(chuàng)新與變革，有利于無(wú)人汽車的發(fā)展。同上，各種智能設(shè)備都將會(huì)受到它影響，由傳統(tǒng)的低效率轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝省⒏邷?zhǔn)確度，不可否認(rèn)的是5G通信技術(shù)的普及對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。

3.2 在數(shù)字化信息服務(wù)中的應(yīng)用

進(jìn)入5G時(shí)代，人們能夠通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)快速下載和閱讀自己感興趣的書籍。而對(duì)于喜歡聽(tīng)歌曲的人來(lái)說(shuō)，5G的網(wǎng)絡(luò)可以讓他們無(wú)需等待便可以聽(tīng)到自己想要聽(tīng)的歌曲。同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)提升了用戶的體驗(yàn)感，促進(jìn)了大家的溝通與交流，在潛移默化中改變著人們的生活方式[1-2]。

3.3 在云端計(jì)算中的應(yīng)用

5G移動(dòng)通信技術(shù)作為新生的通信技術(shù)，會(huì)給云計(jì)算提供多種服務(wù)。當(dāng)前云計(jì)算在通信市場(chǎng)有一定的規(guī)模，但因?yàn)樵朴?jì)算存在損耗大、垃圾數(shù)據(jù)過(guò)多、傳輸速度過(guò)慢等問(wèn)題，制約了云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展。服務(wù)商對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求質(zhì)量高，而使用5G技術(shù)可以較大程度上降低云計(jì)算的損耗。5G的關(guān)鍵性技術(shù)與云服務(wù)密不可分，5G通信技術(shù)的發(fā)展程度越好，則云服務(wù)的用戶體驗(yàn)感也就越好。同時(shí)，5G技術(shù)中的密集型技術(shù)實(shí)現(xiàn)大范圍的室內(nèi)和室外的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和較為迅速的傳輸速度，可使服務(wù)器因延遲或卡頓而產(chǎn)生問(wèn)題的概率降低，很好的解決了用戶因網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差而降低舒適度問(wèn)題。5G技術(shù)還改進(jìn)了游戲應(yīng)用中的服務(wù)，優(yōu)化了系統(tǒng)中游戲數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)，使其上傳的速度更加快捷。這樣減少了能源消耗，促進(jìn)節(jié)能減排綠色發(fā)展。

4 結(jié) 論

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)給人們的生活帶來(lái)了煥然一新的體驗(yàn)。在不久的將來(lái)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的推廣與基站的不斷設(shè)立，人們將可以享受到更加舒適的體驗(yàn)。