5G通信技術(shù)的研究與應(yīng)用分析

陳劍鋒，肖雅文

（中國人民解放軍75842部隊(duì)，廣東 廣州 510000）

0 引 言

5G是第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也叫做第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是4G技術(shù)之后的新一代技術(shù)。按照IMT-2020（5G）推進(jìn)組的定義，5G應(yīng)該具有標(biāo)志性能力指標(biāo)和一組關(guān)鍵技術(shù)。其中標(biāo)志性能力指標(biāo)指的是“Gbps用戶體驗(yàn)速率”，一組關(guān)鍵技術(shù)主要包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入以及新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架5大部分[1]。此外，5G具有速率更高、帶寬更寬、可靠性更高以及時(shí)延更低等技術(shù)特點(diǎn)。隨著5G技術(shù)帶寬和通信能力的提升，面向各類用戶的移動(dòng)應(yīng)用發(fā)展迅猛，移動(dòng)通信相關(guān)產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸變化，5G技術(shù)的用戶體驗(yàn)也將得到大幅度提升，形成智能網(wǎng)絡(luò)[2]。

1 5G通信技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)

2015年，在5G的愿景研究階段，國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）提出未來5G將在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域得到運(yùn)用，信息將突破時(shí)空界限，使得萬物實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，由此國際電信聯(lián)盟對(duì)5G指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定。其主要包含如表1所示的8個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，而不是只關(guān)注單一峰值速率目標(biāo)，兼顧考慮了業(yè)務(wù)內(nèi)容和應(yīng)用場(chǎng)景[3]。

表1 5G的8大關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

2 5G產(chǎn)業(yè)鏈分析

2.1 5G產(chǎn)業(yè)鏈的基站系統(tǒng)

基站系統(tǒng)包含3大部分，分別是天線、射頻以及小微基站。5G具有更大的網(wǎng)絡(luò)容量和全頻譜接入需求，基站系統(tǒng)的演進(jìn)方向主要包括大規(guī)模天線技術(shù)、天線射頻模塊集成、小微基站與室內(nèi)分布等幾方面，這也是5G發(fā)展基礎(chǔ)條件[4]。

為了滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際情況，要對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行顛覆性改造，變革的過程要用到軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，形成各種能力集，最終形成虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能，使得資源更為集中。產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)有4個(gè)重要部分，分別是通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信的光纖光纜、光傳輸模塊以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等，其中最為重要的是通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備解決方案[5]。

2.2 5G產(chǎn)業(yè)鏈的移動(dòng)通信運(yùn)營商服務(wù)

5G產(chǎn)業(yè)鏈中游為移動(dòng)通信運(yùn)營商服務(wù)，運(yùn)營商是5G產(chǎn)業(yè)鏈中連接普通消費(fèi)者和設(shè)備上游的重要渠道。中國三大運(yùn)營商為中國移動(dòng)、中國聯(lián)通以及中國電信。在5G發(fā)展前期，運(yùn)營商是通信設(shè)備的主要消費(fèi)者；而在5G發(fā)展中后期，運(yùn)營商是網(wǎng)絡(luò)的主要維護(hù)者[6]。

2.3 5G產(chǎn)業(yè)鏈的終端設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)景

5G產(chǎn)業(yè)鏈下游包括終端設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)景，通過終端和應(yīng)用將5G技術(shù)應(yīng)用在手機(jī)、汽車、家電、工業(yè)、AR/VR以及醫(yī)療等領(lǐng)域。

當(dāng)前的5G時(shí)代，用戶和設(shè)備均是信息的載體，信息在交互的過程中，將更加突出終端具有的平臺(tái)化屬性[7]。現(xiàn)今的5G終端設(shè)備不僅包含了智能手機(jī)，同時(shí)也包含了具有更深和更廣商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的其他終端，如無人駕駛汽車等。智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備的通信模塊、基帶芯片以及射頻天線是構(gòu)成產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)[8]。

3 5G技術(shù)應(yīng)用情景分析

在ITU召開的第22次大會(huì)上，提出了5G技術(shù)未來主要的3方面應(yīng)用情景（圖1），分別是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠與低延遲的通信（ultra-Reliability and low delay communicationS，uRLLC）以及大規(guī)模機(jī)器通信（massive Machine Type communications，mMTC）。其中增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶是針對(duì)移動(dòng)通信提出的，而超高可靠與低延遲的通信和大規(guī)模機(jī)器通信更多關(guān)注的是物聯(lián)網(wǎng)[9]。

圖1 5G技術(shù)的3大類應(yīng)用情景

3.1 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶延續(xù)了4G時(shí)代的移動(dòng)寬帶，是電信運(yùn)營商目前最為核心的商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。eMBB是最早實(shí)現(xiàn)商用的5G場(chǎng)景，其發(fā)展前景十分清晰，為用戶提供高數(shù)據(jù)速率和高移動(dòng)性方面的業(yè)務(wù)需求。與此同時(shí)，電信運(yùn)營商也在突破4G時(shí)代的業(yè)務(wù)場(chǎng)景邊界，在服務(wù)中加入了4K甚至8K超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)以及云服務(wù)等幾大業(yè)務(wù)，廣泛應(yīng)用于目前的融媒體、智能教學(xué)、智慧旅行以及智能安防方面，也已經(jīng)成為了5G時(shí)代的基本業(yè)務(wù)應(yīng)用。

3.2 超高可靠與低延遲通信

超高可靠與低延遲通信是5G區(qū)別于2G、3G、4G通信網(wǎng)絡(luò)升級(jí)換代的一個(gè)典型場(chǎng)景，也是移動(dòng)通信行業(yè)切入垂直行業(yè)的一個(gè)重要突破口，成為多產(chǎn)業(yè)融合的信息化革命的推手，廣泛應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能制造、智慧電力以及智慧醫(yī)療等更領(lǐng)域。

3.3 大規(guī)模機(jī)器通信

大規(guī)模機(jī)器通信主要面向的是物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，不要求過高的網(wǎng)絡(luò)感知實(shí)時(shí)性，但是要求更密集的終端數(shù)量。mMTC是在現(xiàn)有NB-IoT/e MTC物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)上延續(xù)而來，與傳感資產(chǎn)標(biāo)識(shí)信息結(jié)合，承載的機(jī)器類通信更為密集。物聯(lián)網(wǎng)在人們?nèi)粘＞幼　⒐ぷ鳌⑿蓍e以及出行領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，最為經(jīng)典的應(yīng)用場(chǎng)景有社區(qū)或者園區(qū)的智慧安防系統(tǒng)、企業(yè)的資產(chǎn)與人員管理系統(tǒng)、寫字樓的智慧管理系統(tǒng)等，同時(shí)在城市的市政、環(huán)境、物流、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的管理上也表現(xiàn)突出[10]。

4 結(jié) 論

5G技術(shù)的發(fā)展為人們的日常生活、勞動(dòng)生產(chǎn)以及出行帶來了巨大的便捷，可以滿足人們多樣化的業(yè)務(wù)需求。5G正在以非常快的速度向其他行業(yè)滲透，與機(jī)器設(shè)備、醫(yī)療設(shè)施以及交通工具已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定深度的融合，使得這些領(lǐng)域的發(fā)展模式發(fā)生了巨大變化。同時(shí)，5G將打破傳統(tǒng)的通信模式，在世界范圍內(nèi)構(gòu)建起更為開放、融合與創(chuàng)新的通信架構(gòu)體系。