5G通信技術應用及關鍵技術

李 源

（75841部隊，云南 昆明 650034）

0 引 言

5G通信技術類型具有多樣性特點，涉及很多核心關鍵技術。為了順利搭建5G通信網絡，確保網絡的實用性和商用化，技術人員和通信運營商需要明確各項關鍵技術以及技術特點、具體參數，指導后續關鍵技術的應用與完善，實現各項技術的充分利用。因此，社會各界需要注重5G通信技術的應用，強化技術應用的有效性?；诖?，文章介紹了5G的基本特點，分析了5G通信技術的實際應用及其關鍵技術。

1 5G的基本特點

1.1 高速度

與4G相比，5G技術需要解決高速度問題。隨著網絡速度的提升，用戶能夠有更加優質的體驗和感受。網絡在面對VR/超清業務的情況下，不受時間、空間局限性的影響，促使網絡速度要求高的業務得以推廣和使用[1]。因此，5G具有高速度特點，5G的基站峰值要求必須在20 Gb/s以上，即用戶可以1 s下載一部高清電影。

1.2 泛在網

5G具有泛在網的特點，主要涉及廣泛覆蓋和縱深覆蓋兩個層面。其中，廣泛覆蓋指的是人們日常生活各個領域都需要覆蓋。縱深覆蓋指的是在人們的日常生活中存在網絡部署，但仍需進入高品質的深度覆蓋。應用5G技術可以廣泛覆蓋網絡品質不良的衛生間、地下停車庫等。

1.3 低時延

5G應用場景是無人駕駛和工業自動化的可靠連接。一般人與人信息交流時，140 ms的時延是可以接受的，但這個時延無法應用于無人駕駛和工業自動化領域。5G對時延的最低要求是1 ms甚至更低，這對網絡提出了更加嚴格的要求，滿足5G對新領域應用的實際需求。為了滿足低時延要求，需要掌握5G網絡建構方法，其中采用了邊緣計算技術。

1.4 重構安全

安全問題是5G的重中之重。智能物聯網既要實現信息傳輸，又要建立社會、生活的新機制和新體系，而安全是智能物聯網的第一要求。5G網絡建設初級階段加入了安全管理制度，對信息進行加密，但需要針對特殊服務建立相應的安全制度。

2 5G通信技術的應用

2.1 安全高效“技防”

在現代化社會的發展中，物聯網技術作為一種新興技術，已在很多領域得到了有效應用，如非接觸式疫情識別、定位溯源、自動采集以及遠程監控方面，并在疫情防控期間發揮著十分重要的作用，已融入疫情排查、監測、預警、防控和管理工作中。自動技術、智能技術為“技防”提供了支持，已代替了傳統的“人防”。例如，在公共區域排查工作中，“無感檢測”服務主要通過5G通信技術開發熱成像人體測溫系統，適用于公共場所等高密度人群區域，可以完成快速部署、遠距離精準測溫等工作[2]。又如，5G通信技術在疫情防控期間的智慧零售和市場監管中得到了有效應用，可以提供很多非接觸零售服務，減少了安全隱患出現的概率。

2.2 在電力設施保護設備中的應用

5G通信技術具有高速率、低時延以及多用戶等優勢，現已在電力設施保護設備中得到了有效應用。與傳統的4G設備相比，5G防異物監測預警設備傳輸速度提升了10倍，最高可以達到千兆寬帶，不存在時延。新設備主要由3套組件連接而成，利用光伏電板吸收太陽能，為后端大容量蓄電池在線充能，可以實時傳輸5G信號。供電企業在后端平臺能夠實時查看線路通道運行情況和周邊環境情況。例如，技術人員通過圖像識別算法，實現對風箏等異物的識別和公園放風箏人員行為的分析，對威脅線路運行安全的行為即時運用自動錄音播放和人工遠程喊話方式進行提醒，做到提前發現、實時預警和及時處置。另外，某電網系統成功安裝5G防異物監測預警設備，標志著電網進入5G新時代。

3 5G移動通信的關鍵技術

3.1 非正交多址接入技術

現階段，智能移動終端已在各個行業的發展中得到了有效應用，一定程度上豐富了社會業務場景，并對移動通信技術提出了更加嚴格的要求。這就需要利用非正交多址接入技術，而這一技術的本質是接入多個地址復用。與傳統的正交傳輸有所不同，這項技術發送端的傳輸方式一般是非正交方式，使得5G通信網絡的無線傳輸速率可以達到1 Gb/s。

3.2 毫米波技術

目前，通信技術水平在不斷提升，30 GHz以內的頻率無法再利用。通過相關調查發現，毫米波帶來的帶寬、速率現已得到了大家的高度重視。毫米波的重點是區分波段，能夠覆蓋無線網絡用戶，為通信技術提供了更新、更廣闊的領域，但也存在不足。例如，傳播距離近，相關人員需要分析傳播距離近毫米波免除外界打擾的方式，準確傳播各項信息。

3.3 大規模天線技術

大規模天線技術（MIMO）是5G通信技術中的關鍵技術，是利用空間通信通道途徑衰弱特點，將多個天線設置在接收端和發射端位置。Wi-Fi信號利用空間處理技術，可以獲取很多信息，如分級增益和復用增益，為Wi-Fi系統的穩定、有效傳輸提供支持，確保充分利用Wi-Fi系統頻譜，為用戶帶來更加優質的通信體驗。同時，大規模天線技術（MIMO）利用空間資源無需增加頻譜資源，可以提升無線發射功率，大幅提升系統信息通道容量。

3.4 認知無線電技術

認知無線電技術是5G通信技術中的重要技術之一，可以獲取更多準確和完整的數據。圖1介紹了認知無線電技術的原理。

圖1 認知無線電技術原理圖

3.5 超寬帶頻譜

在通信行業的發展過程中，隨著社會的發展需要重新分配頻譜。5G通信技術對帶寬的要求較高，可以滿足未來社會發展中的業務需求。這就突出了超寬帶頻譜技術的重要性，通過利用5G通信技術提高抗干擾性能，有效進行網絡傳輸。它的系統容量大、發射頻率低以及保密性強，可以進行短距離網絡傳播。

3.6 超密度異構網絡技術

在新時期發展過程中，智能家居、智能環境監測、智能安防、無人駕駛和遠程醫療得到了快速發展。5G通信技術在數據傳輸過程中發揮著重要作用，并針對網絡性能提出了更加嚴格的要求，而超密度異構網絡技術的研究能更好地支撐5G移動通信網絡的適應性。

4 5G發展展望

2020年到2021年是5G規模商用初級階段。這一時期5G網絡建設目標是緩解4G網絡面臨的壓力，進一步提升無線網絡帶寬。我國率先大規模部署5G技術，將發展成全球最大的5G市場。在2022年以后，5G商用不斷深入、拓展，主旋律是將通信行業和垂直行業進行有效融合[3]。在未來數字經濟時代發展中，5G是其中的關鍵技術和基礎設施，uRLLC和mMTC場景將快速發展，支撐垂直行業的數字化轉型，如智慧城市、環境檢測、工業自動化、無人駕駛以及智能機器人等，且新的場景應用將層出不窮。

5 結 論

綜上所述，在信息時代，人們的日常生活、工作和互聯網之間的聯系日益密切，對通信技術提出了更加嚴格的要求。5G技術具有傳輸速率快、通信容量大以及通信延遲低等優勢，直接推動著5G基礎設施建設的不斷發展，有助于進一步促進社會的發展。