5G無線通信技術概念及相關應用

易云山，詹 行，朱大龍

（1.網絡通信與安全紫金山實驗室，江蘇 南京 211111；2.南京星思半導體有限公司，江蘇 南京 211111）

1 5G無線通信技術的相關論述

5G無線通信技術又稱為第五代通信技術，是在4G的技術上，經過不斷的發展與技術創新得到的一種通信技術，對于提高我國通信質量有著積極的作用。5G無線通信技術并不是由某一種技術形成的，而是由多種技術進行組合形成的一種無線通信技術。

1.1 新型網絡架構技術

目前，LE兩種接口的組合入網網絡系統全部采用了雙線扁平化組合入網系統架構，減小了整個網絡系統內部建網過程時延，降低了網絡系統內部建網設備維護成本和整個網絡系統維護人員管理過程成本。5G無線通信技術還是會繼續采用如ARM和C-RAN這種可以接入無線網絡的硬件架構。C-RAN是基于無線網絡集中化實時數據處理、協作式網絡實時模擬無線電和基于移動網絡實時無線電的云計算基礎構架的完全綠色化的無線網絡基礎接口設施構架。C-RAN的基本網絡設計思想是用戶可以充分利用低成本、高速的光纖將網絡信號傳輸到無線網絡，為方便用戶搭建一套無線鏈路信號網絡接入無線網絡傳輸系統，在無線數據中心節點服務機構的遠程通信基站天線和節點之間，直接傳輸各種無線信號?？梢愿采w每個區域的無線通信基站和每個服務中心節點，范圍甚至可達數百千米。C-RAN綜合網絡管理架構技術能夠實現適于網絡用戶隨時采用網絡數據頻譜協同處理網絡技術，能夠有效率地減小用戶網絡數據干擾，降低功耗，提升網絡數據頻譜集中處理工作效率。它還能夠實現網絡數據信息動態集中處理、使用的綜合網絡管理組網，集中處理網絡數據也更有利于有效率地降低用戶網絡管理成本，便于后期網絡維護，減少網絡管理運營商的成本支出。

1.2 多天線傳輸技術

多天線數據傳輸技術是一種新型信息天線傳輸技術，可以利用有源信號天線技術實現合理天線列陣，多天線傳輸技術在毫米載波和其他有源信號天線之間實現無縫連接，在較大程度上大幅改善了有源天線網絡使用性能，使其網絡覆蓋范圍進一步得到擴大，通過充分應用多通道天線數據傳輸技術，可以有效率地降低企業能源消耗，促進5G無線通信技術的健康與可持續化發展。

1.3 密集網絡技術

隨著移動智能手機的快速普及，信息呈現指數級的增長，網民的數量也呈現爆炸式的增長。傳統的超級移動通信應用網絡已經不能完全滿足當今社會大規模數據和信息流應用的需求，5G無線通信網絡技術徹底改變了這一尷尬局面。密集型的通信技術實現了移動通信系統的高效應用，使得該系統可以提供超大的網絡數據傳輸流量，其次是通過在不同通信位置和應用區域之間設置密集式的網絡，將通信天線合理分布設計在不同位置，擴大移動通信系統覆蓋面的空間。這種密集式的網絡設計技術不僅具有較好的網絡可靠性，也可以使5G移動通信系統應用更加靈活，可以有效滿足用戶多樣化的移動通信應用需求[1]。

2 5G無線通信技術的優點

2.1 提升了傳輸的速率

5G無線通信技術在當代社會極致的發揮出了它的高速優勢，超越了傳統的無線技術的速度，達到了一個全新的高度，相較于傳統的運行速度，5G通信技術甚至可以達到每秒幾十GB的速度，這無疑是一種在速度傳輸上的前所未有的創新。而傳統的4G無線通信技術智能達到在相同的條件下75 Mb/s的效果。

2.2 兼容性好

5G無線通信技術除了速度優勢，還體現出兼容性優良的特點，它囊括了2G、3G、4G通信技術的各種優勢，并將他們汲取，融合于一體，可以說是集大成的高端技術，它可以與Wi-Fi技術、近場通信（Near Field Communication，NFC）技術以及其他的無線技術相匹配一起使用，可以最大程度上發揮出其本身具有的價值，也體現出了它的顯著優勢，提升了各種支付方式的安全系數，更加受大眾歡迎。

2.3 電池使用壽命長

傳統的無線通信技術存在的一個普遍的問題就是它的使用周期較短，這是一個困擾很多用戶的難題，而5G無線通信技術就可以很好地解決這個問題，它對它所具有的電池使用壽命也做了相關的優化與升級，在安裝或者是下載某個應用軟件時，5G技術可以在第一時間對其全面進行檢索，它會篩選出浪費電量最多的應用，做出相應的警告或者處理，或者是自動選擇出最優的最省電的模式組合，從而可以在很大程度上去節省你的電量，也就間接達到了電池性能的最優狀態，它還可以延長電池的使用周期以及總體的使用壽命。

2.4 系統容量得到擴展

截至2022年，由相關的調研數據可以得知全球使用通信網絡技術的用戶數量每一天都在成千上萬倍地增長。但是，目前廣泛普及的4G無線技術并無法有效滿足這么多用戶的使用需求，而5G無線通信技術的構建就可以是整個系統的容量得到充分擴展，從而在通信安全與穩定的前提下，提高更高速的大數據傳輸。

3 5G無線通信技術的應用

3.1 智能通信方面的應用

在原先的無線通信領域，就利用了移動通信網絡技術，在現階段的5G領域，5G移動通信技術是在原有的技術基礎上進行了革新，具有更強的技術優越性、智能化等特點，這是傳統移動通信技術所無法比擬的。結合當前5G移動通信技術的發展現狀以及取得的發展成就，可以看出5G通信技術的應用范圍以及便捷性更強，且通信智能化水平顯著提高，所構建的網絡傳輸系統，不僅可保障傳輸的安全性，還可以提高傳輸效率。因此，5G移動通信在未來的發展中，應用范圍更廣。隨著時代的變化，云計算、大數據等新型技術成為了主流技術，這些技術的融合，催生了“互聯網+”這一新概念，很多行業都在積極探索這一新模式，力求為行業謀求新發展。

3.2 智能自動化配電

智能自動化電網配電系統是推動智能電網建設的重要技術之一，配電系統自動化當中往往涉及多種先進技術，主要技術包括無線數據傳輸系統技術、計算機處理技術與自動控制系統技術等，并且同時需要各種先進設備與傳統科學管理操作方式的相互配合。智能配電系統的廣泛應用，不僅能夠有效提升供電管理效率、提高電能質量，還能夠減少配電管理系統的故障發生率以及維護管理成本，能夠使智能供電系統的可靠性大幅提升。目前，常見的各種自動化電源配電系統有以下幾種方式，首先是直接運用各種自動化電源開關等配電設備，發生配電故障時，它能夠起到有效的保護作用。

3.3 云端生活

5G無線通信技術也是云端生活的核心技術，互聯網技術的加速發展催生了“云”這一概念，以此概念為前提，云計算在很多行業都得到了應用，加快了各個行業的轉型，對于企業的發展起到了積極的推動作用。在原先的網絡信息技術下，網絡內可以存儲的信息量相對有限，而在大數據時代下的數據量龐大，需存儲的數據量較多，傳統的信息網絡顯然難以滿足實際需求，而云計算下的網絡信息存儲量龐大，完全可滿足當下行業內網絡信息存儲、傳輸需求。隨著數據傳輸流量的不斷增加與數據傳輸速度的不斷提升，能夠為云計算技術的廣泛運用給予更多的安全保障。5G移動通信與云計算的融合是大勢所趨，在很多行業內都有關于2者融合的應用，如銀行、電信運營商等企業中，這些是必備技術，在應用與探索中，取得了顯著的應用成效，凸顯了5G無線通信技術優勢的同時給一些傳統企業的轉型提供了技術思路。[2]。

3.4 滿足光場相機技術要求

對于光相機來說，最重要的技術支撐就是光場技術，在使用過程中無需提前關注。在拍照的過程中，只需要進行構圖操作。拍攝任務中，對被拍攝的物體沒有太多嚴格的要求，只要在相機焦距范圍內的任何形式都可以對焦即可。但需要注意的是，拍照階段，要有效記錄相機焦距內的所有光線信息，這對相機的容量提出了更高的要求，不僅相機的存儲空間非常大，并且確保相機的傳輸速率非?？?。因此，5G無線通信技術可以得到有效應用，從而起到很好的安全保護作用[3]。

3.5 5G無線通信技術促進安卓系統驅動與基礎性文件的分離，提升安全加密等級

目前，應用最廣泛的移動設備終端系統是Android系統。對于Android系統，它是基于Linux開發的無代碼系統。在系統中，主要特征呈現分層架構，不僅包括運行時層，還包括系統內核層和應用程序框架層。對于系統內核層，主要采用5G無線通信技術和納米技術，實現Android硬件驅動和基礎文件相互隔離。另外，在Android系統的應用過程中，為了保證系統具有非常高的安全性，可以利用5G納米技術優異的保密性來提高加密等級。

3.6 5G無線通信技術有效解決云計算信息傳遞延時問題，增強信息共享的可靠性

隨著互聯網技術的飛速發展，移動云計算的應用范圍變得非常廣泛，能夠及時處理數據信息，從而大大提高移動設備和云計算終端的計算能力，共享信息的能力也變得非常好，但特別重要的是，云計算終端和移動設備在數據交換過程中經常遇到的網絡延遲問題，使得信息傳輸非常慢，很難保證實時信息。5G無線通信技術的有效應用，可以保證技術在異構狀態下良好共存，使移動設備能夠有效應用差異化通信技術，接入云服務[4]。

4 5G無線通信技術的應用前景

4.1 推動汽車行業進入智能時代

在5G的帶動下，物聯網市場將從2016年的9 300億元增長到2020年的18 300億元，車聯網市場將從2015年的330億元增長到2020年的2 200億元。2019年1月16日，我國首個5G自動駕駛應用示范公共服務平臺在重慶正式啟動，自動駕駛汽車年內將在5G環境下開展測試研究。借助5G網絡的商用布局，自動駕駛可望在2025年進入市場推廣階段，實現人、車、環境協同一致的目標，推動汽車行業走向自動駕駛的智能時代。

4.2 推動醫學領域快速發展

5G將進一步應用于工業、醫療、安防等領域，可以大大提升這些領域的生產效率，創造新的生產方式。例如，5G技術可以成功地用于遠程醫療，它可以將延遲減少到近乎即時的水平。不久前，福建省一名外科醫生利用5G網絡在偏遠地區控制機械臂進行外科手術，成功切除了一只實驗動物的肝臟，延遲僅0.1 s?？梢姡?G是實現萬物互聯的關鍵一環，將引發深刻的社會經濟變革。它提供了一個很好的創新平臺，將催生許多新的產業。正是因為應用前景廣闊，中國政府大力推動5G商用，加快5G商用步伐，有利于支撐服務經濟社會數字化轉型，同時促進國內市場的強勁發展[5]。

5 結 論

5G移動通信屬于前沿性的通信技術，我國雖然在此領域取得了一系列的成果，但由于發展時間較短，技術發展與應用方面尚未進入成熟階段，在未來還有著巨大的發展空間。5G移動通信在未來不會局限在某一方向，將多方發力，以凸顯技術優勢，從網絡安全、人工智能、云計算等多個角度，全面提升5G的服務水平。在我國通信網絡的發展過程中，5G將會扮演一個重要的角色，對于提高人們的生活質量而言十分重要。