5G通信技術的研究與應用分析

陳劍鋒，肖雅文

（中國人民解放軍75842部隊，廣東 廣州 510000）

0 引 言

5G是第五代移動電話行動通信標準，也叫做第五代移動通信技術，是4G技術之后的新一代技術。按照IMT-2020（5G）推進組的定義，5G應該具有標志性能力指標和一組關鍵技術。其中標志性能力指標指的是“Gbps用戶體驗速率”，一組關鍵技術主要包括大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入以及新型網絡構架5大部分[1]。此外，5G具有速率更高、帶寬更寬、可靠性更高以及時延更低等技術特點。隨著5G技術帶寬和通信能力的提升，面向各類用戶的移動應用發展迅猛，移動通信相關產業生態逐漸變化，5G技術的用戶體驗也將得到大幅度提升，形成智能網絡[2]。

1 5G通信技術關鍵指標

2015年，在5G的愿景研究階段，國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）提出未來5G將在社會各個領域得到運用，信息將突破時空界限，使得萬物實現互聯互通，由此國際電信聯盟對5G指標進行規定。其主要包含如表1所示的8個方面的關鍵技術指標，而不是只關注單一峰值速率目標，兼顧考慮了業務內容和應用場景[3]。

表1 5G的8大關鍵技術指標

2 5G產業鏈分析

2.1 5G產業鏈的基站系統

基站系統包含3大部分，分別是天線、射頻以及小微基站。5G具有更大的網絡容量和全頻譜接入需求，基站系統的演進方向主要包括大規模天線技術、天線射頻模塊集成、小微基站與室內分布等幾方面，這也是5G發展基礎條件[4]。

為了滿足各種應用場景的實際情況，要對5G網絡架構進行顛覆性改造，變革的過程要用到軟件定義網絡和網絡功能虛擬化技術，形成各種能力集，最終形成虛擬化的網絡功能，使得資源更為集中。產業鏈的環節有4個重要部分，分別是通信網絡設備、通信的光纖光纜、光傳輸模塊以及網絡規劃等，其中最為重要的是通信網絡設備解決方案[5]。

2.2 5G產業鏈的移動通信運營商服務

5G產業鏈中游為移動通信運營商服務，運營商是5G產業鏈中連接普通消費者和設備上游的重要渠道。中國三大運營商為中國移動、中國聯通以及中國電信。在5G發展前期，運營商是通信設備的主要消費者；而在5G發展中后期，運營商是網絡的主要維護者[6]。

2.3 5G產業鏈的終端設備和應用場景

5G產業鏈下游包括終端設備和應用場景，通過終端和應用將5G技術應用在手機、汽車、家電、工業、AR/VR以及醫療等領域。

當前的5G時代，用戶和設備均是信息的載體，信息在交互的過程中，將更加突出終端具有的平臺化屬性[7]。現今的5G終端設備不僅包含了智能手機，同時也包含了具有更深和更廣商業應用價值的其他終端，如無人駕駛汽車等。智能手機、物聯網、車聯網等設備的通信模塊、基帶芯片以及射頻天線是構成產業鏈的重要環節[8]。

3 5G技術應用情景分析

在ITU召開的第22次大會上，提出了5G技術未來主要的3方面應用情景（圖1），分別是增強型移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠與低延遲的通信（ultra-Reliability and low delay communicationS，uRLLC）以及大規模機器通信（massive Machine Type communications，mMTC）。其中增強型移動寬帶是針對移動通信提出的，而超高可靠與低延遲的通信和大規模機器通信更多關注的是物聯網[9]。

圖1 5G技術的3大類應用情景

3.1 增強型移動寬帶

增強型移動寬帶延續了4G時代的移動寬帶，是電信運營商目前最為核心的商業應用場景。eMBB是最早實現商用的5G場景，其發展前景十分清晰，為用戶提供高數據速率和高移動性方面的業務需求。與此同時，電信運營商也在突破4G時代的業務場景邊界，在服務中加入了4K甚至8K超高清視頻、虛擬現實以及云服務等幾大業務，廣泛應用于目前的融媒體、智能教學、智慧旅行以及智能安防方面，也已經成為了5G時代的基本業務應用。

3.2 超高可靠與低延遲通信

超高可靠與低延遲通信是5G區別于2G、3G、4G通信網絡升級換代的一個典型場景，也是移動通信行業切入垂直行業的一個重要突破口，成為多產業融合的信息化革命的推手，廣泛應用于智能網聯汽車、智能制造、智慧電力以及智慧醫療等更領域。

3.3 大規模機器通信

大規模機器通信主要面向的是物聯網業務場景，不要求過高的網絡感知實時性，但是要求更密集的終端數量。mMTC是在現有NB-IoT/e MTC物聯網云平臺上延續而來，與傳感資產標識信息結合，承載的機器類通信更為密集。物聯網在人們日常居住、工作、休閑以及出行領域發揮更大作用，最為經典的應用場景有社區或者園區的智慧安防系統、企業的資產與人員管理系統、寫字樓的智慧管理系統等，同時在城市的市政、環境、物流、農業等領域的管理上也表現突出[10]。

4 結 論

5G技術的發展為人們的日常生活、勞動生產以及出行帶來了巨大的便捷，可以滿足人們多樣化的業務需求。5G正在以非常快的速度向其他行業滲透，與機器設備、醫療設施以及交通工具已經實現了一定深度的融合，使得這些領域的發展模式發生了巨大變化。同時，5G將打破傳統的通信模式，在世界范圍內構建起更為開放、融合與創新的通信架構體系。