5G通信技術(shù)與大數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究

吳天威

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司哈爾濱軟件研究院，黑龍江 哈爾濱 150040）

0 引 言

國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得各行各業(yè)快速發(fā)展，通信行業(yè)也是如此。2021年的世界電信和信息社會(huì)日大會(huì)上，國(guó)家工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)劉烈宏表示，在整個(gè)國(guó)內(nèi)科研院所、技術(shù)公司的努力下，使得中國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，處于世界領(lǐng)先的地位。同時(shí)在整個(gè)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的5G專利統(tǒng)計(jì)分析中，中國(guó)企業(yè)的占比遙遙領(lǐng)先。劉烈宏副部長(zhǎng)介紹完之后，中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤給出一組新的數(shù)據(jù)信息，相比于其他國(guó)家，中國(guó)在2021年3月底的時(shí)候已經(jīng)在全國(guó)完成高達(dá)80多萬(wàn)個(gè)5G基站的建設(shè)，這個(gè)建設(shè)數(shù)量能夠達(dá)到全球所有國(guó)家70%比例以上，同時(shí)整個(gè)5G終端的連接數(shù)量達(dá)到近3億。國(guó)內(nèi)的電信、聯(lián)通以及移動(dòng)均已完成5G獨(dú)立組網(wǎng)的規(guī)模部署與應(yīng)用，全球最大規(guī)模的5G商用網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在中國(guó)完成建設(shè)，有著這良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，各行各業(yè)能夠進(jìn)行5G相關(guān)應(yīng)用的研發(fā)與部署。5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)示意如圖1所示。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)示意圖

通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)的部署，提升了國(guó)內(nèi)高科技的快速發(fā)展，推動(dòng)了以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及邊緣計(jì)算等典型代表技術(shù)的應(yīng)用廣度與深度[1]。三大運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與科研院所紛紛看好國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心與云計(jì)算的發(fā)展場(chǎng)景。中國(guó)信息通信研究院的分析與預(yù)測(cè)表明，2020年國(guó)內(nèi)關(guān)于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)投資能夠達(dá)到數(shù)千億元，而且仍然在高速增長(zhǎng)，未來(lái)3年，在整個(gè)數(shù)據(jù)中心的投資方面能夠增加到近萬(wàn)億元。劉烈宏副部長(zhǎng)預(yù)測(cè)，到2025年的時(shí)候，整個(gè)國(guó)內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)投資能夠達(dá)到近1.2萬(wàn)億元，由此可以帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)近8萬(wàn)億元的消費(fèi)，使得國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)總值能夠增加近3萬(wàn)億元。

1 5G關(guān)鍵技術(shù)

1.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)，也稱“多天線技術(shù)”。傳統(tǒng)的無(wú)線通信一般運(yùn)用“一發(fā)一收”或“一發(fā)雙收”的天線發(fā)射技術(shù)，而MIMO技術(shù)采用“多發(fā)多收”的天線發(fā)射，其主要包括傳輸分集技術(shù)、空間復(fù)用技術(shù)以及波束賦行技術(shù)，并用這3個(gè)技術(shù)來(lái)提高容量、覆蓋范圍和傳輸速率[2]。相比于4G技術(shù)而言，5G通信所采用MIMO技術(shù)的容量與范圍會(huì)更大，能夠?yàn)椴煌袠I(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供更高效率的傳輸。

1.2 超密集組網(wǎng)技術(shù)

5G技術(shù)下的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出寬帶化、綜合化以及多元化的特點(diǎn)，因此其數(shù)據(jù)的流量將進(jìn)一步增長(zhǎng)。而在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，終端設(shè)備除了會(huì)采用5G技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)以外，還會(huì)同時(shí)采用2G、3G、4G以及WiFi等技術(shù)。各類不同的無(wú)線信號(hào)會(huì)繼續(xù)在空間中廣泛覆蓋，并且產(chǎn)生互相干擾。5G技術(shù)為了降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的難度，采用了超密集組網(wǎng)技術(shù)，即在原有無(wú)線信號(hào)的基礎(chǔ)上布置高密度的微小基站，進(jìn)行微小覆蓋[3]。這樣可以降低無(wú)線信號(hào)的干擾，同時(shí)也可以保障信號(hào)覆蓋率。其中5G超密集蜂窩網(wǎng)的毫米波mesh組網(wǎng)示意如圖2所示。

圖2 5G超密集蜂窩網(wǎng)的毫米波mesh組網(wǎng)示意圖

1.3 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G技術(shù)采用多個(gè)具有無(wú)線收發(fā)裝置移動(dòng)終端組成的無(wú)中心的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，即稱為自組織網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)接入5G網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備不需要進(jìn)行手動(dòng)的數(shù)據(jù)配置和連接，可以智能化地自動(dòng)進(jìn)行信息交換并接入網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的接入方式相比，這種組網(wǎng)技術(shù)可以降低人力和物力的投入，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率，從而滿足客戶的需求。

2 5G優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

2.1 高效率

與以往的通信技術(shù)相比，5G技術(shù)的傳輸速度大幅提高，優(yōu)勢(shì)十分明顯。傳輸速度是移動(dòng)通信技術(shù)最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，代表了傳輸?shù)男蔥4]。因此，5G技術(shù)整體的使用效率具有較大優(yōu)勢(shì)，優(yōu)于先前的3G、4G等技術(shù)，能夠根據(jù)不同場(chǎng)景的需要建設(shè)良好的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，其總體技術(shù)更先進(jìn)、更完善。

2.2 高質(zhì)量

5G技術(shù)不僅在數(shù)據(jù)的傳送速率和傳輸效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且在數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)也同樣十分明顯。傳輸質(zhì)量包括覆蓋范圍、傳輸時(shí)效性、傳輸安全性、傳輸穩(wěn)定性、傳輸靈活性等內(nèi)容，而5G技術(shù)在上述這些方面都能更好地滿足用戶的需求，同時(shí)還能降低運(yùn)行商的通信成本。

2.3 高智能

5G技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了普通的數(shù)據(jù)傳輸，還能在智能化設(shè)備發(fā)展的大潮中一展身手。目前，智能手機(jī)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)非常普遍，隨著5G高效率的傳輸，抖音、快手等終端軟件發(fā)展迅速，能夠滿足用戶不同的智能化需求。

3 大數(shù)據(jù)和5G通信技術(shù)融合

3.1 快速性

對(duì)于整個(gè)信息化系統(tǒng)而言，其主要運(yùn)行在大數(shù)據(jù)場(chǎng)景下配置的服務(wù)器終端。目前，在整個(gè)信息化的應(yīng)用過(guò)程中，云計(jì)算是重要的資源需求。從廣域的角度進(jìn)行分析，云計(jì)算主要滿足各行各業(yè)對(duì)計(jì)算資源的需求，整個(gè)云計(jì)算的環(huán)境通過(guò)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、效用計(jì)算、負(fù)載均衡及分布式管理等多門技術(shù)實(shí)現(xiàn)，不同用戶自身計(jì)算的需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源共享池來(lái)獲取，整個(gè)用戶支付的費(fèi)用由具體獲取的資源容量來(lái)計(jì)算[5]。在5G時(shí)代，必須使MIMO技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，有關(guān)的天線陣列可以真正滿足使用設(shè)備的有關(guān)要求。在這樣的陣列下，借助設(shè)備到設(shè)備（Device-to-Device，D2D）通信技術(shù)可以有效完成近距離連接，并且在智能終端設(shè)備中應(yīng)用感知數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)直接傳送給用戶設(shè)備，這樣不僅可以對(duì)用戶操作做出進(jìn)一步的優(yōu)化，而且可以立刻判讀信息。

3.2 便捷性

目前，大數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的需求提供3種不同的模式：第一種是軟件服務(wù)，云計(jì)算提供資源管理、應(yīng)用程序及虛擬桌面的管理，以此滿足不同行業(yè)軟件的使用需求；第二種是基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，主要提供虛擬機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備方面的服務(wù)；第三種是提供平臺(tái)類的服務(wù)，主要為應(yīng)用程序的的開發(fā)與部署提供Web應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)及開發(fā)環(huán)境等，通過(guò)這些工具完成應(yīng)用程序的快速開發(fā)。整個(gè)云計(jì)算能夠提供性價(jià)比高的服務(wù)，以此滿足各類行業(yè)應(yīng)用程序擴(kuò)展性、通用性以及虛擬化方面的服務(wù)。

以5G網(wǎng)絡(luò)為依托的大數(shù)據(jù)必須要運(yùn)用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以確保對(duì)應(yīng)的更新以及管理工作順利開展。將5G通信技術(shù)應(yīng)用在大數(shù)據(jù)中，將帶有5G技術(shù)的設(shè)備進(jìn)行直接連接時(shí)，根本不需要對(duì)當(dāng)前的布線規(guī)劃進(jìn)行改正，沒有必要拆除當(dāng)前的全部建筑物，這樣不僅可以省時(shí)，減少資源消耗，而且方便操作。就當(dāng)前已經(jīng)修建完成的通信建筑來(lái)講，在其現(xiàn)代化設(shè)計(jì)改造的過(guò)程中，以前的布線以及裝潢等都毫無(wú)影響。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

在整個(gè)大數(shù)據(jù)信息的采集過(guò)程中，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)的使用，其基站可以縮短二者的連接時(shí)間，減少相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，進(jìn)而對(duì)成本進(jìn)行合理的控制。實(shí)際工作中，必須要淘汰原來(lái)的路由器和交換機(jī)等，這樣才可以減少網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備更新所需要的成本，充分體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。整體來(lái)講，在大數(shù)據(jù)應(yīng)用5G通信技術(shù)可以產(chǎn)生各種可能，二者之間的融合可以更好地滿足現(xiàn)代化生活的需求。就大數(shù)據(jù)信息來(lái)源的設(shè)備數(shù)量來(lái)講，5G可以接入的設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多，可以滿足每個(gè)行業(yè)領(lǐng)域和不同類型人才的各種需求。在5G通信技術(shù)背景下，大數(shù)據(jù)普遍應(yīng)用，而且在大數(shù)據(jù)中應(yīng)用5G通信技術(shù)可以進(jìn)一步完善其整個(gè)體系結(jié)構(gòu)，相信在不久的將來(lái)，勢(shì)必可以大大提高經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。日后，我國(guó)對(duì)于5G通信技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，通過(guò)這樣的應(yīng)用可以推動(dòng)5G通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)的相互融合，不斷調(diào)整大數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)行的具體實(shí)施方案。除此之外，對(duì)于一些偏遠(yuǎn)的山區(qū)和城市，也科學(xué)制定相應(yīng)的實(shí)施方案，達(dá)到廣泛優(yōu)化的目的，這樣就能夠體現(xiàn)出構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)性和合理性，提升人們生活水平，為將來(lái)的運(yùn)營(yíng)提供有力的保障，而且可以全面發(fā)揮出以5G網(wǎng)絡(luò)為依托的大數(shù)據(jù)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。

4 發(fā)展前景

4.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合5G技術(shù)的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)是與5G移動(dòng)通信技術(shù)同時(shí)發(fā)展的一門技術(shù)，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中將互相融合、互相促進(jìn)。由于5G技術(shù)具有更高的傳輸速率和更大的網(wǎng)絡(luò)容量，因此能夠?yàn)榇髷?shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展提供可靠的網(wǎng)絡(luò)支持，還可以將大量的設(shè)備通過(guò)5G技術(shù)接入到網(wǎng)絡(luò)中，逐漸實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物上云”的愿景。

4.2 現(xiàn)有頻率資源使用狀況的改善

目前，4G技術(shù)主要使用的是低頻段的頻率資源，導(dǎo)致了大量的資源浪費(fèi)，并且隨著用戶的增加還影響到數(shù)據(jù)的安全可靠性和傳輸準(zhǔn)確性。而5G技術(shù)使用的是高頻段的頻率，其對(duì)頻率資源的使用效率是4G技術(shù)的4倍多，因此能夠有效改善現(xiàn)有頻率資源使的用狀況，從而不斷滿足更多數(shù)量的移動(dòng)用戶和更多類型的移動(dòng)設(shè)備。

4.3 各類移動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展

5G技術(shù)已經(jīng)開始逐漸投入商業(yè)運(yùn)行，各大運(yùn)營(yíng)商在這一過(guò)程中十分注重用戶的體驗(yàn)，將各類移動(dòng)的新技術(shù)與5G技術(shù)相結(jié)合，從而促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展。隨著各類移動(dòng)新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，5G技術(shù)在這樣的大環(huán)境下產(chǎn)生了很多新的應(yīng)用領(lǐng)域，如高清視頻快速下載、虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧城市、3D交互體驗(yàn)等。在5G技術(shù)的支持下，這些新的運(yùn)用領(lǐng)域?qū)O大得改變?nèi)祟惖纳罘绞健?/p>

5 結(jié) 論

5G通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、超密集組網(wǎng)技術(shù)以及自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，與4G技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)十分明顯，傳輸效率和通信質(zhì)量更高，智能化程度更突出。隨著5G技術(shù)商用速度的不斷加快，其應(yīng)用前景十分廣泛，可以與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，有效改善現(xiàn)有頻率資源的使用狀況，并且可以通過(guò)與各類大數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合而改變?nèi)祟惖纳罘绞健?/p>