5G網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)及應用場景研究

◆黃 穎 曾昭山

(1.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司 北京 100080， 2.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司 北京 100080 )

隨著人類信息化進程的不斷加快，移動通信網(wǎng)絡的用戶量和業(yè)務量均呈現(xiàn)出了爆炸性的增長趨勢，網(wǎng)絡技術(shù)迎來了全新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡相比，5G網(wǎng)絡具有更高速率的帶寬接入能力，可在所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中實現(xiàn)互聯(lián)，且支持低成本和大規(guī)模的介入管理，能有效滿足當前社會形勢下人類在溝通交流、遠程控制以及辦理業(yè)務等方面的需求。例如，可通過將 5G網(wǎng)絡技術(shù)運用于醫(yī)療保健、智能通信、遠程教育以及物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務辦理等領(lǐng)域，在縮減人工成本的同時提升上述領(lǐng)域的工作質(zhì)量和工作效率。綜上所述，研究5G網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)及應用場景這一課題，具有十分重要的意義。

1 5G網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)簡介

（1）智能化技術(shù)

智能化技術(shù)是5G網(wǎng)絡中最重要、最關(guān)鍵的技術(shù)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，運用于人類生活和工作中的智能化產(chǎn)品也在不斷增多，而5G網(wǎng)絡為了幫助人類更加便捷、高效地管理這些智能化產(chǎn)品，運用了大量的智能化技術(shù)。例如，由于各種智能產(chǎn)品在云平臺上存在著一定的聯(lián)系，所以，5G網(wǎng)絡以云平臺為基礎(chǔ)，在這些智能化的產(chǎn)品之間構(gòu)建起一個龐大的數(shù)據(jù)庫，且該數(shù)據(jù)庫會根據(jù)智能化產(chǎn)品的變化做出相應的調(diào)整，能最大限度地滿足人類管理和使用智能化產(chǎn)品的需求。此外，5G網(wǎng)絡還充分運用大數(shù)據(jù)這一資源開展業(yè)務，有效地豐富了該技術(shù)的覆蓋業(yè)務和服務能力，為醫(yī)療衛(wèi)生、建筑工程、教育等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)遠程辦公提供了強有力的技術(shù)支持。

（2）多天線傳輸技術(shù)

現(xiàn)階段，我國的5G網(wǎng)絡的研制工作已取得突破性的進展，但是，天線傳輸技術(shù)卻成為制約5G網(wǎng)絡大面積推廣和使用的技術(shù)瓶頸，為更好地控制5G網(wǎng)絡前期的成本投入，研發(fā)者們成功地將多天線傳輸技術(shù)運用到5G網(wǎng)絡中，在很大程度上提升了網(wǎng)絡頻譜的運用率。例如，通過改變源天線列陣的方式，減少了頻譜在傳輸過程中的消耗量，有效解決了5G網(wǎng)絡需要使用大量頻譜的技術(shù)難題。此外，多天線傳輸技術(shù)的運用，還能增強5G網(wǎng)絡的覆蓋范圍，減少5G網(wǎng)絡基站的建設(shè)數(shù)量，在縮減工作量的同時，降低5G網(wǎng)絡建設(shè)成本，增強電信運營商盈利能力和市場競爭能力等目的。

（3）同時同頻雙全工技術(shù)

將同時同頻雙全工技術(shù)運用于5G 網(wǎng)絡中，能最大限度地減少外界環(huán)境因素對5G網(wǎng)絡通信質(zhì)量的影響，該技術(shù)的作用是在接收信號的同時消除發(fā)射機干擾信號對通信質(zhì)量的影響，可有效增強頻譜的使用效率。然而，在實際運用的同時同頻雙全工技術(shù)的過程中，受技術(shù)條件的制約，其應用范圍還相對局限，且利用效率極低，我們必須在今后的工作中不斷完善該技術(shù)，在提升頻譜利用效率的同時增加5G網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮該技術(shù)在提升5G網(wǎng)絡整體運行性能方面的作用。

2 5G通信技術(shù)應用場景

（1）宏覆蓋增強應用場景

宏覆蓋增強應用場景中的大部頻段都是低頻頻段。就宏小區(qū)而言，它具有極強的覆蓋范圍，覆蓋半徑可達到幾千米或十幾千米。但是，場景內(nèi)的用戶到基站的距離是不一致的，因此，網(wǎng)絡信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的線損量會存在巨大的差異，所出現(xiàn)的信噪比也會有所不同。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)中，電信運營商會通過在宏站上布設(shè)大量天線的方式解決這一問題。而5G網(wǎng)絡系統(tǒng)則同時使用了非正交傳輸、新型調(diào)制編碼以及大規(guī)模天線等技術(shù)運用在宏覆蓋增強應用場景中，有效解決了傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中部分用戶信號質(zhì)量差的問題。

（2）超密集部署應用場景

5G網(wǎng)絡中的大部分應用場景都與超密集部署應用場景之間存在聯(lián)系。例如，5G網(wǎng)絡技術(shù)可以被運用到購物商場、會議大廳以及公司辦公業(yè)務等領(lǐng)域中，而無論是在那種應用場景中，用戶的使用速率都能保持在1G以上。這主要是因為超密集應用場景可以依據(jù)用戶使用網(wǎng)絡的情況將其劃分為不同的小區(qū)，并提供與其需求相對應的通信質(zhì)量，而且小區(qū)信號發(fā)射頻率的不同，也會導致小區(qū)之間的天線高度和增益效果產(chǎn)生差異。超密集部署應用場景使用到的技術(shù)有虛擬小區(qū)技術(shù)、無線回傳技術(shù)以及新型調(diào)制編碼技術(shù)。對于室內(nèi)應用場景部署而言，主要是用更高頻譜的通信滿足用戶的體驗速率，以便于可以防止不同小區(qū)之間的信號產(chǎn)生干擾。此外，高頻短波長特有的屬性為5G網(wǎng)絡系統(tǒng)天線列陣布設(shè)提供了有利條件，能完成大規(guī)模的天線列陣布設(shè)工作。

（3）物聯(lián)網(wǎng)應用場景

物聯(lián)網(wǎng)應用場景是5G 網(wǎng)絡系統(tǒng)的主要應用場景之一，但是，就目前而言，物聯(lián)網(wǎng)應用場景依然面臨著諸多的問題，其中最大的問題就是巨量終端數(shù)據(jù)的處理能力不足。在對終端數(shù)據(jù)進行處理時，需要確保各及其終端的成本低于普通手機端，既只能處理功率相對較低的終端數(shù)據(jù)，只有這樣才能有效增強電池的使用時間。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)應用場景涵蓋的范圍十分廣泛，通常包括地下室、偏遠山區(qū)以及建筑群等區(qū)域，為有效增強5G網(wǎng)絡系統(tǒng)處理巨量終端數(shù)據(jù)的能力，在該網(wǎng)絡中運用了控制信令優(yōu)化技術(shù)、非正交傳輸技術(shù)以及窄帶傳輸技術(shù)。其中非正交傳輸技術(shù)的運用，解決了大量終端在同一時間段使用無線資源的難題，可支持多個終端共同使用無線資源。而窄帶傳輸技術(shù)的最大優(yōu)勢則是大幅度降低5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的運營成本，增加其信號的覆蓋范圍，降低控制信道的建設(shè)成本。

（4）低時延和高可靠場景

對于智能交通系統(tǒng)而言，其在運行過程中被強制要求的延時需要控制在毫秒范圍內(nèi)，且檢測率不能過高，否則就會出現(xiàn)交通事故。為有效解決此類應用場景中出現(xiàn)的問題，5G網(wǎng)絡系統(tǒng)采用了終端直通技術(shù)和鏈路自適應技術(shù)。在很大程度上提升了信號傳輸?shù)目煽啃院蜁r效性，傳輸速度接近于0。

（5）eMBB型應用場景

在eMBB型應用場景中，最具有代表性的是VR 技術(shù)。VR技術(shù)對帶寬的需求非常高。而eMBB型應用場景作為5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的最基本應用場景，如何解決eMBB型應用場景應用場景對帶寬的需求，成為制約 5G網(wǎng)絡發(fā)展的必經(jīng)之路。當前，5G 網(wǎng)絡系統(tǒng)具備量快速、準確以及穩(wěn)定等核心功能，可全面滿足e MBB型應用場景對帶寬的需求。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，傳輸速率快。5G 網(wǎng)絡通信技術(shù)能在最基本的場景中快速、高效的傳遞信息，能夠?qū)赢嫛⒙曇粢约皥D像等信息在短時間內(nèi)傳遞到e MBB型應用場景。其次，下載速率快。5G網(wǎng)絡下載速率較傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡相比，增加了十幾倍甚至幾十倍。例如，在5G網(wǎng)絡下，下載一部容量為2G，時長為2h的高清電影僅僅需要1s的時間。

3 結(jié)束語

從上文所論述的內(nèi)容中我們不難看出，隨著先進科學技術(shù)的運用和通信事業(yè)的發(fā)展，我國5G網(wǎng)絡的研發(fā)和建設(shè)工作已取得了突破性的進展。但是，受用戶對流量使用量需求量日益增加、智能化產(chǎn)品日益普及以及物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務持續(xù)發(fā)展等因素的影響，我國現(xiàn)階段建設(shè)5G網(wǎng)絡的速度依然無法全面滿足消費者的需求。身為移動通信領(lǐng)域工作人員的我們，只有在今后的工作中不斷總結(jié)和積累工作經(jīng)驗，積極完善自身的專業(yè)知識和工作能力，才能及時發(fā)現(xiàn)制約5G網(wǎng)絡發(fā)展的原因所在，并采取行之有效的措施加以完善，為我國移動通信事業(yè)的發(fā)展提供充足的人力資源保障。