通信系統中5G 無線通信技術運用研究

劉健敏

（廣東南方通信建設有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

5G 無線通信技術作為通信系統中最為先進的技術在多個領域占有重要地位，5G 無線通信技術推廣以來，提高了短距離通信的質量，增強了信息傳遞的可靠性，具有傳輸速率高、分辨率高特點，可以大幅度提高人們的工作效率。在5G 無線通信技術的推動下，網絡覆蓋面積逐漸擴大，在個域網、智能交通、應急救援現場、無線傳感器以及軍事通信等多個領域發揮著重要作用，本文以廣東省的智能交通為例，研討了5G 通信技術的應用價值。

1 5G 無線通信系統的關鍵技術

1.1 空口技術

空口技術是移動網絡系統中最為關鍵的組成部分之一，在5G 無線通信技術尚未興起之前，空口技術在4G 網絡中也擁有較大的利用價值。在5G 無線通信技術的推動下，空口技術應用的范圍進一步擴大。空口技術自身在無線網絡系統中具有較大的優勢，用戶在使用過程中能夠享受其高速傳輸的效率，用來下載相關文件和查詢相關信息。隨著大數據覆蓋面積逐漸擴增，物聯網也獲得了充分的發展，不僅能夠提高信息傳播的速度，而且能夠提高網絡系統的穩定性。

1.2 云計算技術

無線技術在多年的發展中已經逐漸趨于成熟，根據相關調查數據顯示，全球網絡連接數量已經超過500億，在通信技術不斷發展的大背景下，云計算技術作為這一種專業化的技術手段在提高信息存儲與傳輸速度的同時也極大的促進了5G 無線通信技術的發展，二者之間相互促進和互相補充從而提高數據傳播速度，拓展網絡系統內部的存儲量，為凈化網絡環境提供技術支撐[1]。

1.3 MIMO 通信技術

5G 無線通信技術在發展過程中也在不斷完善，以確保更好的滿足用戶日益增長的高質量通信需求，5G技術在發展過程中不斷創新，如表1 所示。MIMO 通信技術就是5G 技術創新點的典型案例，用戶通過MIMO通信技術傳輸數據，能夠提高數據傳輸效率，給用戶的工作和生活帶來更大的便利。MIMO 通信網絡覆蓋范圍較廣，其天線除了分布在基站內部，還可擴大到城市中的多個區域，最終導致系統容量逐漸擴大，這是提高信息傳播速度的最關鍵技術手段之一[2]。

表1 5G 技術創新點

1.4 低功耗網絡技術

5G 無線通信技術能耗過高是限制其發展的關鍵因素之一，不僅會造成資源利用率過低，而且不符合國家可持續發展的方針策略。因此為了推動5G 無線通信技術的進一步發展需要綜合性整治能耗過高的現狀，提高基站能源轉化的效率。運營商需要優化基站能源轉換的方式，當用戶在下載結束后，基站通過自動感應轉變成休眠狀態，以此來降低能耗，但是就現階段的智能化水平發展現狀來說該系統的自動化水平沒有從根本上得到提升。針對當前5G 無線通信技術發展的現狀，需要根據區域內網絡通信應用水平對其進行調整，在東部沿海發達的城市擴大5G 信號覆蓋范圍，在西部相對落后的城市縮減覆蓋面積。

1.5 異構無線通信網絡

異構無線通信網絡是對現有資源合理進行分配的一種方法，為保證數據傳輸效率和網絡信息安全的穩定性，需要對局部資源進行合理分配。例如我國廣東省的通信技術水平相對較高，各種新型電子產業具有相對廣闊的發展空間，對網絡信號的要求較高，通過異構網架結構分析，要進一步擴大區域的5G 無線通信網絡范圍。站在全局資源分配的角度，內陸地區的電子產業發展有限，對于高效率數據傳輸的需求相對有限，網絡節點的布置要因地制宜，以更好的降低能耗并且實現資源的合理配置和減少運營商的運營成本。

1.6 毫米波高端段通信技術

毫米波高端段通信技術是分析通信工程中存在問題的一種技術手段，使用該技術能夠有限提高通信工程的穩定性，合理規避了人工檢驗的不足。根據毫米波高端段通信技術分析的數據反饋結果，能夠在短時間內發現問題并且解決問題，保障用戶使用網絡的穩定性和提高用戶的體驗感，更好的為用戶提供高效率的數據傳播平臺，滿足用戶對數據傳輸提出的新需求。

2 5G 無線通信系統存在的安全問題

2.1 接入安全問題

5G 技術從出現發展至今已經在大范圍展開推廣，但是5G 無線通信技術在接入現階段的網絡體系中存在一定的安全隱患，通信資源的變更和頻譜資源相對擁擠都是影響其接入安全的重要因素，異構設備的接入還會對網絡信號產生干擾，如果有黑客入侵，通信信息資源很有可能產生泄露。因此在接入過程中要靈活設計，利用C-RAN 接入網提高集中化處理水平，通過智能組網抵抗外來信息入侵。

2.2 網絡安全問題

切片是5G 無線通信技術中最為重要的內容，每個切片都有其對應的ID 以實現安全隔離。5G 無線通信使用的虛擬化技術是當前網絡體系中最為先進的，但是5G 信號的接入需要與之前的網絡系統進行連接，多個系統銜接過程中存在數據泄露的狀況，數據被惡意篡改的現象嚴重的影響了網絡環境安全。為避免產生網絡安全問題，要設置相應的密匙，采取實時的信息驗證以確認用戶個人信息，信息不一致的情況下，不能登錄使用對應的系統，這樣子才能夠提高網絡安全，避免產生信息泄露問題。

2.3 應用安全問題

在5G 無線通信技術的支持下，物聯網工程獲得了飛速發展，萬物互聯的方式給用戶生活帶來了極大的便利，但是物聯網設備與電腦或個人手機端相連，在操作過程中需要運用一系列軟件綁定個人賬戶，移動終端的軟件在開發應用時會有部分小程序或者廣告植入，用戶在使用過程中個人信息安全不能得到全面保障，在推廣使用過程中軟件使用的頻率提高，會降低整個系統數據傳輸效率，同時小程序廣告中可能會帶來病毒從而影響到應用安全。

2.4 用戶安全問題

5G 無線通信技術的發展顯著提高了數據傳輸的效率，隨著5G 技術的普及，用戶數量也逐漸增加，5G無線通信技術覆蓋面十分廣泛，用戶在使用5G 網絡時任何操作不當的行為都有可能會產生信息泄露，多方網絡用戶不斷增加，而網絡系統智能化水平不足，不能辨別各種網絡主體的應用范圍，不法分子通過網絡鏈接對用戶個人信息進行盜取，嚴重的威脅了用戶的人身財產安全。

3 5G 無線通信在城市軌道交通信息傳輸中的應用

3.1 系統設計框架

本案例以廣東地區的城市軌道交通信息傳播現狀為例，對5G 無線通信的應用現狀進行了綜合探討。當前城市交通軌道系統控制中主要有三個部分，分別是監控系統、存儲系統以及交換系統。控制系統在應用中執行時間調整，在UDP/IP 協議的要求下，對軌道交通中的信號進行雙向安全交換，5G 無線通信技術的應用對信號轉換的可靠性得以有效提升，為城市交通的安穩運行提供了保障[3]。

3.2 控制器設計

選取任一路段的控制器作為示例對象，該控制器接入了TI 天線，以便于更好的擴大5G 無線通信技術覆蓋范圍，對城市軌道交通的關鍵節點具體位置進行充分把握。該系統主要包含3 個部分，分別是航空通信站、航控設備和信標查詢天線，其反饋功能能夠幫助駕駛員合理規劃通行路線，減少車輛密度過大的影響，控制器的應用使城市交通軌道運行效率提高的同時更加安全。圖1 為控制器結構。

圖1 控制器結構

3.3 無線通信程序設計

在5G 無線通信系統的控制下，城市軌道交通信息傳播系統對Socket 加以利用，以實現各種通信功能暢通無阻[4]。Socket 在軌道交通應用過程中，使用的服務器為客戶端模型，當客戶通過5G 無線通信程序連接以后，服務器對用戶信息會形成完整的反饋機制，具體數據包信息如表2 所示。無線通信程序設計提供的雙向數據交流平臺能夠給用戶帶來便利，但是不能保證數據傳輸信息的順序，因此其可靠性存在一定的質疑。

表2 軟件程序發送的數據包信息

3.4 無線數據通信子系統設計

5G 無線數據通信子系統設計包含5 個主要系統，分別是主干網絡、控制系統、控制中心、軌道側網以及車輛網。除此之外子系統中含有多個交換機，對城市軌道交通信號進行轉換，如圖2 所示。該系統的運行主要依靠以太網為基礎，通過基站傳輸的信號探測結果反饋到交換機上，再通過交換機對信號進行轉換，轉換數據的結果會傳輸到控制中心，以便于對城市軌道交通更好的監管，在5G 無線通信數據的控制下，其數據轉換的速率得到了有效提升[5]。

圖2 5G 無線數據通信子系統原理

3.5 通信信號損耗分析程序設計

信號發送機和接收機之間的距離設置為d，單位是km，通過程序設計計算能夠判斷出信號線纜損壞的位置，對損壞程度也能進行初步預估，信號發生損壞現象一定程度上會影響交通的正常運行，通過使用損耗分析程序能夠提高線路維修效率，當前我國廣東地區的交通信息傳輸系統穩定相對較差，在5G 無線通信技術的推動下取得了一定的成就，但是為了進一步提高城市軌道交通的安穩性，還需要擴大5G 基站的建設，使5G 網絡系統全面覆蓋，提高系統運行穩定性。

4 結語

5G 通信技術在科學技術飛速發展的推動下覆蓋面積會進一步擴大，在當前階段5G 無線通信技術應用范圍已經逐漸覆蓋公共醫療衛生、城市軌道交通、軍事管理、工廠生產以及個人生活當中。其高速率的數據傳輸特征符合當下快節奏的生活特征，給人們的生活帶來了巨大的便利，為了進一步凈化網絡環境，推動5G 無線通信技術的普及，要做好安全知識普及，落實安全預警體系，構建智能網絡系統，切實提高5G 系統應用安全。