5G通信技術應用場景及關鍵技術分析

張利峰，朱 寧，梁 星，曹顏輝，王 瑞

（中國移動通信集團設計院有限公司，山西 太原 100089）

1 5G通信技術的特點

1.1 擴展性

5G通信技術是在原有的通信技術基礎之上發展而來的，因此整合了原有通信技術的優勢，并在此基礎上做出了一定的拓展，也因此可以為更多的用戶提供更加多元化的通信體驗。我國早在2017年就進行了5G基站覆蓋能力測試，傳輸的網絡信號強度可以滿足不同地區居民對于通信的具體要求。

1.2 節能性

5G通信技術支持下的通信網絡內部信息交互速率相對較高，有利于信息組織網和信息中心網的高效構建，同時可以為運營商進行網絡建設節約一定的建設成本，其節能性也由此體現[1]。5G通信技術可以高效控制通信組網的能耗，極大程度地降低了5G通信應用過程中所產生的費用，并且為通信活動的傳輸保駕護航。沒有了外部環境的影響，用戶可以享受更加高質量的網絡通信，從而提升運營商的網絡服務水平，為運營商鋪排市場奠定了一定的基礎。

1.3 可靠性

當今社會，用戶對于網絡通信的需求攀升，電信運營商為了確保通信網絡的吞吐量可以滿足用戶在不同時段和不同地區的通信要求，需要加大對于5G通信技術的資金投入，以便為用戶提供更加優質的服務。5G通信技術的應用使得無線通信網絡的短時間擴容成為了可能，極大地提升了視頻、音頻以及圖片等容量較大信息的傳輸速度，同時5G通信技術的穩定性也保障了傳輸過程中的信號強度，便利了人們的生活[2]。

2 5G通信技術應用場景

2.1 eMMB型應用場景

VR技術，又稱虛擬現實技術，是eMMB型場景應用的代表性技術。eMMB作為5G通信技術中應用頻率較高的應用場景，與5G通信技術一經融合便引起了VR技術的革新與推廣[3]。現階段，5G通信技術以穩定、快速以及準確3大優勢著稱，對于VR技術的展示層面和信息同步層面都帶來了極大影響，以人們經常在網絡上觀看的高清電影為例，利用5G通信技術可以在1 s內下載完成。

2.2 uRLLC型應用場景

自動駕駛是uRLLC應用場景中較為典型的場景實例，其特征是即時和可靠。據現階段的研究水平來看，我國5G通信技術的高效可靠性基本可以滿足自動駕駛的需求，這也就促使5G通信技術在uRLLC場景中能夠廣泛應用。

2.3 mMTC型應用場景

智慧城市是mMTC應用場景中的典范之作，智慧城市的通信需求量十分龐大。5G通信技術在uRLLC與eMMB場景中的應用更偏向于微觀層面，而在mMTC型場景中，5G通信技術的應用更加偏向于網絡連接功能，針對的是生產與消費的全環節覆蓋，并且能夠與物聯網和市場進行融合，達到萬物互聯的程度[4]。舉例來說，5G通信技術在智慧城市的建設過程中可以對于城市基礎設施進行一定的智能化管控，如路燈和路口監控等，不僅可以管控設施的穩定性運行，還能保障設施的高效工作。智慧路燈的結構如圖1所示。

圖1 智慧路燈結構圖

2.4 超密集部署

5G通信技術的高效低延遲特點可以實現更加密集的網絡部署。在生活和工作的各個場景中，5G通信技術需保證用戶的網絡通信速度達到1 Gb/s，甚至超過1 Gb/s，也正因如此，在辦公區和商場區等用戶密集的區域通信密度是較大的。根據場景的密集程度可以大致劃分為3個類型，一是宏小區，二是微小區，三是毫微小區。為了保障3種類型應用場景的通信需求，在進行網絡建設的過程中優選多樣、異構的網絡拓撲類型[5]。根據區域的天線高度和增益效果，選擇合適的高頻通信技術來避免小區之間的信號干擾。通常情況下有3種技術可以選擇，一是無線回傳技術，其二是虛擬小區技術，三是新型調制編碼技術。在應用過程中，要根據小區的實際情況進行科學選擇。

2.5 低延時和高可靠應用場景

雖然應用場景有一定的差別，但是低延時和高可靠是各個應用場景的共同要求，尤其是在一些精密的應用場景中。例如，在智能交通系統的運作過程中，對于時分秒的要求極其精確，誤差過大就有可能發生交通事故，因此為了保障交通安全運行，在應用5G通信技術的同時還要借助鏈路自適應技術以及終端直通技術，才能夠將誤差降到最低，滿足低延時和高可靠的需求[6]。

2.6 大規模物聯網

5G通信技術可以同時處理數十億臺設備傳輸的萬億條信息，并且能夠保障這些信息的安全性，并穩定地輸入到其他設備中。在大規模物聯網中應用5G通信技術可以有效地保障物聯網中的信息安全問題，在信息安全的基礎上還能夠實現設備離線狀態的信息交互。但大規模物聯網的建設需要投入大量成本，因此在研發過程中要考慮成本和收益等因素，在合理范圍內實現技術推廣。

2.7 用戶終端應用

5G通信技術的發展之初是為終端客戶提供更加高質量的通信服務，運營商需要確保用戶的通信體驗達到用戶的心理預期，只有這樣才能為5G通信技術的應用和推廣奠定基礎。在此過程中需求不斷提升用戶的體驗感和沉浸感，形成特定的用戶體驗模式。除此之外，5G通信技術低能耗的特點也將通信網絡的發展帶入到更加綠色可持續的時代，符合當下節能環保的發展要求。

3 5G通信技術的關鍵技術分析

3.1 大規模MIMO技術

大規模的MIMO技術和超密集組網技術是保障5G通信高效傳輸的關鍵。其中，大規模MIMO技術能夠有效降低網絡延遲，提高無線傳輸效率的同時保障傳輸穩定性，這在很大程度上能夠提升用戶體驗感[7]。另外大規模MIMO技術可以同步網絡信號的傳輸和接收，這為5G網絡搭載大量數據提供了可能，其結構組成如圖2所示。

圖2 結構組成

大規模MIMO技術對于通信系統的信道容量有著顯著的提升作用，而且提升的過程中并不需要運營商調整頻譜寬度，能夠極大程度上提高信道容量的利用率，幫助系統網絡搭建起完整高效的網絡結構。與此同時，大規模MIMO技術的存在也使得傳統通信網絡得以取長補短，既保證了通信過程的穩定性，也相應降低了由頻譜帶寬因素限制造成的高額成本。除此之外，大規模MIMO技術還對有源天線單元技術的升級起到了良好的輔助作用，提升了數據接收能力和信息傳輸速率，從而極大地提升了網絡通信能力，在此基礎上方便進行大范圍的網絡覆蓋，減少了人力物力在網絡建設上的投入，運營商的盈利也有了一定的提升空間。

3.2 超密集組網技術

除了大規模MIMO技術，超密集組網技術也是5G通信技術中的關鍵，其技術來源于基站密度。對于小型基站，超密集組網技術在一定程度上提高了一定頻譜內頻率的復用程度，為建構完整的通信體系打下了基礎。超密集組網技術的技術支持分為無線物理技術和虛擬層技術兩部分，無線物理技術包含MAC技術、多址技術以及編碼技術等，對5G通信中的頻譜帶寬、信號強度以及穩定性提供很大的保障，而且幾乎可以消除網絡覆蓋的盲點區域，達到信號的全方位覆蓋，形成了更加立體的5G網絡結構[8]。虛擬層技術的原理是在單層實體網格的基礎上搭建多層虛擬網絡（宏基站），宏基站的主要功能是實現虛擬層指令控制，以此協助工作人員實時調整網絡通路搭載的單載波和多載波，并對整體的網絡系統實現動態管控，為運營商進行網絡配置提供了較大的空間，具備更大的靈活性。

3.3 新型網絡架構技術

新型網絡架構技術應用的主要目的在于節省通信過程中的成本，同時滿足用戶對于5G通信技術高效利用率的要求。新型網絡架構技術可以以自身的優勢整合傳統的通信技術，形成覆蓋人們生產生活各方面的網絡系統。網絡虛擬化技術的實現與應用離不開自組織網絡，自組織網絡可以有效提升5G網絡環境下的用戶情景體驗效果和互動[9]。新型網絡架構技術更符合現階段5G通信技術的要求，通過不同的網絡架構形成新型的網絡交付模式，幫助網絡系統的存儲平臺獲得更高的穩定性。

3.4 同時同頻雙全工技術

同時同頻雙全工技術可以有效阻止外界環境的干擾，原因在于該技術不僅可以接收信號，還可以在接收過程中對干擾信號進行處理并消除，因此其應用可以幫助通信網絡極大程度上提升頻譜的復用率[10]。但是，在應用該技術的過程中需要注意的是，該技術尚在發展階段，利用率較低，仍需要深入研究和優化改進。

3.5 智能化技術

5G通信技術的應用關鍵在于智能化技術。人工智能技術已經得到了廣泛應用，且應用效果良好，在5G通信技術中加入智能化技術，可以在一定程度上避免人為操作帶來的失誤，同時還能夠實現通信智能化，但在應用過程中需要較多人力物力的投入，保證智能化技術形成的云平臺能夠穩定運行，同時維持數據庫的穩定性。

4 結 論

作為第5代通信技術，已經綜合了前4代通信技術的優勢，也消除了很多傳統通信技術中的弊病，為人們提供了更好的通信技術和通信環境。尤其是萬物互聯時代的到來，5G通信技術對時代發展有著很大的推動和促進作用，但是由于其仍處于研究和發展階段，還需要更多的成本投入，以不斷提升5G網絡的穩定性，從而保障通信質量。