5G 通信技術應用場景與關鍵技術分析

徐博文，丁明玲，孫 震

（中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對通信質量的要求也逐步提高。與傳統通信技術相比，5G 通信技術在各方面都有了較大的提升，為用戶提供了更好的體驗，更高的帶寬以及更豐富的服務。本文對5G 通信技術的應用場景及關鍵技術進行了分析，為更全面的掌握5G 技術要點提供參考。

1 5G 通信技術的特征

1.1 拓展性

5G 通信技術是新一代蜂窩移動通信技術，是在4G的基礎上進行了創新和完善。5G 技術具備帶寬高、傳輸速度快、移動性好、數據傳輸延遲小、區域通信能力好等優點，能夠滿足不同用戶在不同區域的使用需求，提升用戶感知。

1.2 節能性

傳統的通信技術需要為每一個實際使用者建立獨立的信息處理網絡，效率低且難以有效利用資源。5G 通信技術有效地改善了上述不足，通過高效地構建信息組織網，提高了信息交換的能力以及資源利用率。此外，為了降低運營商成本，5G 通信組網的能耗都控制在較低的水平，從而在不影響通信效果的情況下，降低能耗。

1.3 可靠性

5G 通信技術的推廣使用，使得同時滿足同一區域大量用戶的使用需求成為了可能，用戶的體驗度得到了提升。為實現上述功能，運營商投入了大量的資源構建通信網絡，并積極將科研成果運用到通信技術的革新中，確保了5G 通信網絡具備可觀的系統容量，實現了網絡信息的穩定傳輸，從而保證了海量用戶的使用需求，提升了通信網絡的可靠性[1]。

2 5G 通信技術應用場景分析

相對于前幾代通信技術，5G 通信網絡在傳輸速度、通信質量、傳輸時延等方面都有了較大的提升，提供了更好的用戶體驗，實現了三網合一，滿足了物聯網對信息交換的需求。隨著移動技術的發展，擁有強大功能的移動通信終端逐漸普及，在商業區、辦公樓等人員密集地區，容易形成高容量的熱點區域。通信網絡需要在短時間內為該區域內的所有使用者提供便捷、快速以及高質量的網絡服務，滿足用戶的需求。然而，前幾代的通信網絡由于架構不夠成熟、傳輸速率不快，導致在上述應用場景下，通信網絡速度十分緩慢，用戶難以獲得高質量的服務體驗[2]。而5G 通信技術可以實現連續廣域覆蓋，確保熱點區域的用戶能夠快速獲取信息。除此之外，5G 網絡高速率，低時延的特性，為用戶提供了更好的服務，也為后續物聯網的構建提供了堅實的基礎。

3 5G 關鍵技術研究

5G 通信技術涉及多項關鍵技術，充分了解5G 通信技術的技術參數、主要類型、使用特點等，為技術的實踐及應用提供可靠的知識儲備，確保5G 關鍵技術的優勢得以充分發揮。

3.1 大規模MIMO 技術

為了提升通信網絡的無線傳輸能力，5G 通信技術利用大規模MIMO 技術，提升通信網絡的信息收發能力，從而有效降低信息傳輸的時延，提升數據傳輸的穩定性，提高用戶滿意度。

大規模MIMO 技術具備很多優勢，包括以下幾點：首先，大規模MIMO 技術可以在不改變頻譜寬度的情況下，大幅提升通信網絡的信道容量，有效提升信道容量利用率，從而構建完整的5G 通信系統。其次，大規模MIMO 技術能夠有效彌補傳統通信系統在頻譜帶寬方面的不足，減少運營成本，提升通信系統的可靠性。最后，在通信系統的天線方面，大規模MIMO 技術依托于先進的有源天線單元技術，并利用天線單元的科學編碼，使得其可以在垂直方向上實施動態波束賦形，提升了天線的數據傳輸質量以及效率，擴大了信號的覆蓋范圍，有效地提升了通信能力。與此同時，信號范圍的擴大意味著對信號基站的需求減少，降低建設成本，節約資源，為通信企業的經濟效益良好發展提供了可能[3]。

3.2 超密集組網技術

通常來說，超密集組網技術是利用增加基站密度，尤其是建設大量的小型通信基站來實現，從而達到高效的頻率復用，形成完善的通信機制。近年來，超密集組網技術得到了良好的發展，其已經形成了一系列成熟的技術，包括無限物理技術以及虛擬層技術。在無限物理技術的支持下，5G 通信網絡的頻譜帶寬使用效果得到了有效的提高，加強了通信網絡的熱點強度以及通信質量，擴大了通信網絡的覆蓋范圍，擴充了5G 通信網絡的系統容量，從而滿足任何熱點應用場景下的用戶使用需求。

虛擬層技術與物理技術不同，其更多的是網絡層面上的優化，依托于單層實體通信系統，進行多層網絡的虛擬數據處理。通信基站以單層實體網絡為依托，以宏基站為平臺，構建其虛擬網絡體系，實現高效運行。實體基站作為實體層的承載平臺，負責對所有的通信數據進行管理。在虛擬層技術的支持下，通信企業可以實現對5G 通信網絡的動態管控，根據用戶的實際需求，靈活調整資源分配情況，實現資源利用的最優化，避免出現部分區域由于資源分配不及時導致的網絡速度緩慢，通信效果不佳，保證了用戶的服務質量。

3.3 網絡切片技術

5G 通信的網絡切片技術包括軟件定義網絡（SDN）以及網絡功能虛擬化技術（NFV）兩類。軟件定義網絡是實現網絡結構虛擬化的一種，利用核心技術將網絡設備的控制面與數據面分離開來，降低了網絡架構的復雜度，提升了網絡管理水平，促進了通信網絡智能化建設。在前幾代的通信網絡架構中，技術人員需要根據實際情況調整網絡結構，一旦出現全新的需求，技術人員就需要重新對通信網絡中的各項參數進行設定，調整時間長且難度大。SDN 技術的應用在一定程度上緩解了上述問題，技術人員可以利用SDN 技術，對通信網絡中的相關參數進行快速的修正，及時地滿足用戶需求，提升了通信網絡的服務水平以及靈活性。

網絡功能虛擬化技術是指通過對系統進行虛擬化處理，降低硬件系統規模過大對日常維護造成的巨大壓力。NFV 技術以云服務器為依托，利用虛擬機技術對通信系統進行虛擬化，使得系統的技術難度大幅下降，并可以根據用戶需求，靈活的調整系統參數，改善系統架構，提升服務水平。近年來，大數據、云計算等信息化技術得到了長足發展，在這些技術的幫助下，NFV 可以在單一的物理服務器上部署，從而實現了在提升效率的同時，降低了運營成本和壓力。除此之外，NFC 技術的實施，有助于通信網絡系統中故障的及時排查，降低了未來系統升級和優化的工作難度[4]。

3.4 邊緣計算技術

邊緣計算技術作為5G 通信網絡的關鍵技術之一，是指在網絡邊緣提供運算和存儲單元，從而實現快速處理數據的技術方法。傳統的無線通信網絡的運行復雜，先要將數據從基站傳遞到業務平臺，經過若干網絡單元處理及轉發，用戶才能通過無線網絡將所需的數據下載下來，整個環節耗時長，延遲高，對網絡的質量也有較高的要求。當今社會人們對無線網絡的要求日益提高，傳輸速率的緩慢以及高時延都會導致用戶滿意度的下降。因此，邊緣計算技術的重要性日益凸顯。通過網絡邊緣提供電信級的運算和存儲資源，業務處理本地化，從而實現了傳輸速率的提升，讓大規模數據的及時處理成為了可能。除此之外，邊緣計算技術的應用使得5G無線網絡的質量和效率得到了有效的提升，減少了核心網設備的傳輸壓力，改善了無線網絡管道化的現狀，從而實現了構建快速、便捷、安全的通信網絡系統的目標。

4 結束語

隨著科學的進步，人們對生活質量要求的不斷提高，推廣5G 通信技術是大勢所趨。5G 通信網絡的構建與完善，將會對我國的社會和經濟發展產生積極的影響。為了加快5G 通信技術的戰略布局，實現通信網絡的商業化，技術人員應該積極分析5G 通信技術的應用場景，充分理解5G 通信技術的技術細節，從而為未來的技術革新和優化打下堅實的基礎。