5G移動通信技術在通信工程中的應用

馬新源

（北京交通大學，北京 100044）

0 引 言

5G是基于移動通信需求發展的新一代移動通信技術，具有超高頻譜利用率和能效、低時延、無線網絡覆蓋廣、系統安全性高等優點。5G移動通信系統可以和其他無線網絡相結合構成全新的移動電子信息網絡系統，滿足互聯網的發展需求[1]。在未來的各種新型業務平臺中，通過互聯網實現的各種業務會采用無線方式傳輸給終端客戶。同時，云計算與后臺服務的廣泛應用使得5G移動通信技術的傳輸質量大幅提升。5G移動通信系統的重點發展目標是與其他高新技術緊密結合，為中國移動互聯網的高速發展提供基礎業務能力。5G大幅提升了寬帶傳輸的效率，也同時實現了更快的傳輸速率，能夠在相同時間內傳送更多的信息。與4G通信技術相比，5G通信技術將通信延時降低到1 ms左右，這種通信延時的降低能夠減少很多企業的不必要損失。例如自動駕駛等相關行業，采用5G網絡后能有效提高自動駕駛的反應速度。5G能夠實現信號全覆蓋，在任何5G基站覆蓋的地方都能夠暢通無阻的通信。除此之外，5G網絡能夠降低物聯網設備的功耗，有利于大規模部署物聯網設備[2]。

1 5G移動通信的關鍵技術

1.1 大規模MIMO技術

大規模多天線（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術是提升網絡頻譜效率和信息傳輸穩定性的有效手段。根據信息論基礎理論，天線數量越多，頻譜效率和穩定性也就越高。尤其是在有數量極多的接收天線與發射天線時，MIMO信道容量會隨著收發天線的數量的最小值而發生變化[3]。

與現有的MIMO系統相比，大規模MIMO的空間分辨率有了很大的提高，可以對多用戶在同一時頻資源上利用大規模MIMO所帶來的空間自由度進行研究，并且根據研究的結果去探索基站天饋線的同步通信情況，在不增加公共移動通信終端空間密度和帶寬的情況下提高頻譜效率的目標。寬帶MIMO系統還能使波束聚集于更狹窄的空域，有效降低噪聲和不相關干擾[4]。

1.2 超密集網絡技術

在超密集異構網中，高網絡密度使得網絡節點更靠近終端用戶，大大提高了頻譜利用率和功率效率，也大大增加了系統容量。密集型異構網節點間的距離不同，可能會與現有網絡系統出現沖突。不同行業和應用對服務質量（Quality of Service，QoS）的要求有所不同，不同業務在網絡中的分擔情況、節點之間的協同策略以及系統能效最低的小區激活等問題是系統性能的重要體現。要實現大規模的節點協作，就需要準確快捷地找到大量的相鄰結點。由于在系統間隨機設置了大量的自動開閉環節，使得整個網絡拓撲和干擾圖樣都會在大范圍內發生動態變化。密集的站點部署需要龐大而復雜的回傳網絡，為了提升節點部署的靈活性并減少部署成本，通過同一頻率接入技術解決這一問題十分關鍵[5]。

1.3 D2D技術

隨著智能終端設備越來越多，能夠滿足用戶特定需求的新型通信業務也處于增長爆發期，如何合理進行網絡容量的擴展并提高無線頻譜利用率和終端用戶對網絡模式的感知能力成為亟待解決的問題。在無線技術方面，終端直通（Device to Device，D2D）、寬頻帶天線陣列、全頻譜接入、超高密度網絡以及新型的多址接入等已成為業界關注的焦點。

D2D通信是指兩個對等的用戶節點之間直接進行通信的一種方式。每一個用戶節點都包括D2D通信用戶組成的分散式網絡，這些網絡可以向所有的D2D用戶發送信息，也可以接收信息。所有的互聯網參與者都共用了一些硬件資源，共用的網絡資源者都能夠直接地向互聯網上提交服務和資料，同時允許其他的終端用戶進行存取，而不是使用中間實體服務[6]。在D2D的通信網絡中，用戶節點能夠同時擁有服務器與客戶端的所有功能，而且用戶之間也能夠互相通信。D2D中各用戶節點之間的關系如圖1所示。

2 5G移動通信技術在通信工程中的應用

5G通信網絡具備通信傳輸速率快、通信質量好等優勢，能夠大大提高通信信息數據的完整性、及時性、全面性以及準確性，同時也能有效解決當下通信網絡中存在的各種問題，可以滿足不同領域對于網絡通信的需求，提高客戶滿意度，促進通信工程的健康長遠發展。利用有線通信技術進行網絡系統的構建需要耗費大量的人力物力，而且在不同網絡拓撲結構的影響下通信能力、通信品質以及數據通信效率都有極大的局限性。為了滿足用戶實時通信的需求，可以將5G移動通信技術應用于通信工程設計，有效降低中間節點等諸多因素的干擾，節約通信工程建設的投資成本，推動互聯網產業的進一步創新發展，為用戶提供高品質、全方位的優質服務[7]。5G移動通信技術在不同場景的應用如圖2所示。

5G通信技術的廣泛應用有效提高了人們的生活質量，為人們的生活與工作提供了不少便利，促進我國社會朝著智能化、信息化、數字化的方向發展。利用5G通信技術可以實現對路燈等基礎公共設施進行智能化管理，進一步加快智能化城市建設。在智能系統建設過程中要明確網絡體系結構，在綜合網絡建設和應用的基礎上實現信息的高效傳輸，為智能城市的發展提供強有力的支持。

5G技術推動物聯網實現新的發展，涉及工業、農業、醫療、教育等領域，同時在智能家居、移動終端、云端辦公以及可穿戴式智能設備等方面也有著廣泛應用。在實踐中，應用5G移動通信技術可以滿足不同領域對網絡通信能力的要求。通過將5G與大數據等新一代技術進行融合，可以有效提高城市交通等的安全管理水平[8-10]。

3 結 論

隨著科技的迅猛發展，5G移動通信技術也進入了高速發展時期，國內移動業務快速增長。5G移動技術高度重視通信信號的強度問題，具有信息傳輸速率快、安全性和穩定性高等優點，有效解決了當下通信信號覆蓋中所展現出來的問題，為移動網絡的進一步發展奠定了堅實基礎。