王尚偉

（中國(guó)電信股份有限公司 甘肅公司無(wú)線通信事業(yè)部，甘肅 蘭州 730030）

0 引 言

5G是指第5代移動(dòng)通信技術(shù)，具有傳輸快、效率高、延時(shí)低以及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能夠提供給人們更加高質(zhì)量的通信服務(wù)，極大便利人們的生產(chǎn)和生活。未來(lái)，5G將廣泛應(yīng)用在直播高清、現(xiàn)實(shí)RV虛擬以及移動(dòng)通信等方面。

1 5G移動(dòng)通信應(yīng)用技術(shù)的背景與意義

隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能終端等新技術(shù)的普及和發(fā)展，移動(dòng)通信應(yīng)用技術(shù)也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，從移動(dòng)用戶量和業(yè)務(wù)總數(shù)看，顯現(xiàn)了高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。據(jù)國(guó)際相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2020年預(yù)計(jì)全球物聯(lián)網(wǎng)總設(shè)備量超過(guò)70億，而中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)總量可達(dá)到15億，預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)總設(shè)備量將達(dá)到200億[1]。對(duì)于這樣的發(fā)展環(huán)境，5G通信應(yīng)用技術(shù)自然成為新的發(fā)展亮點(diǎn)，發(fā)展前景廣闊，其發(fā)展預(yù)期如圖1所示。

未來(lái)，大量用戶的辦公與個(gè)人數(shù)據(jù)都需要在云端進(jìn)行存儲(chǔ)，因此網(wǎng)絡(luò)需要擁有實(shí)時(shí)處理海量數(shù)據(jù)的實(shí)力，同時(shí)具備足夠的調(diào)整高負(fù)荷抗冗余容量的能力，為用戶提供良好的通信體驗(yàn)。此外，即時(shí)移動(dòng)應(yīng)用通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)社交業(yè)務(wù)也將在未來(lái)的通信領(lǐng)域中占據(jù)重要位置，此類通信業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)包較小，交互頻次較大，有較高的信令網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度和延時(shí)要求。未來(lái)人們對(duì)通信的實(shí)時(shí)性和自由性要求越來(lái)越高，在地鐵和高鐵等高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中如何保障通信性能和質(zhì)量是5G未來(lái)的重要研究?jī)?nèi)容。

圖1 5G通信發(fā)展預(yù)期

2 5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)研究

我國(guó)5G移動(dòng)通信在多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域都取得了突破性發(fā)展，如異構(gòu)超密集網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入通信技術(shù)以及MIMO大規(guī)模應(yīng)用等技術(shù)領(lǐng)域。5G通信的核心技術(shù)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入，就是要通過(guò)更加優(yōu)質(zhì)廣泛的寬帶信號(hào)來(lái)滿足人們的生產(chǎn)和生活需求。此外，移動(dòng)無(wú)線通信接入應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)包括射束多址分割技術(shù)、非正交接入多址技術(shù)以及在此基礎(chǔ)上建立的多址分頻及多址分碼等應(yīng)用內(nèi)容，充分運(yùn)用獲取的頻譜完成無(wú)線接入，從而為5G接入提供時(shí)間和頻率等資源[2]。

2.1 5G通信異構(gòu)超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

由于5G通信技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中會(huì)遇到強(qiáng)烈的工作負(fù)荷，因此要盡可能增加網(wǎng)絡(luò)低功率的節(jié)點(diǎn)量，減少單元半徑。異構(gòu)超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以有效提高數(shù)據(jù)信息流量，實(shí)現(xiàn)密集的網(wǎng)絡(luò)部署，有效降低各節(jié)點(diǎn)功率總和，提高網(wǎng)絡(luò)頻率效率，還能夠及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行相鄰節(jié)點(diǎn)之間的距離計(jì)算，起到較好的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、點(diǎn)距優(yōu)化以及輔助提高業(yè)務(wù)功能等作用。該技術(shù)的成功應(yīng)用有利于進(jìn)行用戶在網(wǎng)信息的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)能夠向各部提供所需的數(shù)據(jù)信息，幫助用戶協(xié)調(diào)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)之間的差異性，以達(dá)到幫助用戶降低功率和減少配置間的功能作用。

2.2 5G通信MIMO技術(shù)

5G通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要有效提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)頻譜的效率，而MIMO大規(guī)模通信技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。所謂移動(dòng)MIMO通信技術(shù)指的是多路輸入多路輸出網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，主要是通過(guò)改變基站內(nèi)天線將所要進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息加以分割，再通過(guò)多條天線傳播，同時(shí)在接收端同樣設(shè)置多條天線進(jìn)行接收，由此實(shí)現(xiàn)多路輸入多路輸出的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，最終按照預(yù)先設(shè)計(jì)算法加以整理，大大提高信息數(shù)據(jù)的傳輸效率和頻譜效率。MIMO通信移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效增加信道的容量，解決信道不足的網(wǎng)絡(luò)難題，同時(shí)使系統(tǒng)容量得到增加。此外，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信基站內(nèi)使用移動(dòng)通信MIMO技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的批量功能控制，并可根據(jù)實(shí)際需要增加信道的容量，從而實(shí)現(xiàn)將同一通信資源在同一時(shí)間給不同的多個(gè)用戶使用，有效提高了資源利用率[3]。MIMO通信技術(shù)的演進(jìn)如圖2所示。

圖2 MIMO通信技術(shù)的演進(jìn)

2.3 5G通信大規(guī)模天線技術(shù)（Large scale MIMO）

因?yàn)榈皖l段資源的有限性，使得5G部分網(wǎng)絡(luò)會(huì)在高頻段部置，即毫米波（mm Wave）頻段。5G應(yīng)用了關(guān)鍵性大規(guī)模天線通信應(yīng)用技術(shù)（Large Scale MIMO），也叫3D MIMO技術(shù)，在頻率得到有效提高的同時(shí)，無(wú)線通信信號(hào)的路徑傳輸耗損也得到有效降低。出于環(huán)保考慮對(duì)功率進(jìn)行上限限制，同時(shí)受材料和物理作用的影響導(dǎo)致發(fā)射載波功率及天線的靈敏度難以提高，因此只有通過(guò)增加接收天線和發(fā)射天線數(shù)量進(jìn)行多天線的陣列設(shè)置加以解決通信過(guò)程中存在的問(wèn)題。移動(dòng)通信選用天線的尺寸較無(wú)線波長(zhǎng)相對(duì)固定，當(dāng)頻率升高時(shí)天線會(huì)隨之變小，這時(shí)需要增加通信天線對(duì)傳輸?shù)暮膿p進(jìn)行補(bǔ)償，但不增加天線的陣列尺寸。與傳統(tǒng)的通信MIMO技術(shù)相比，3D MIMO通信技術(shù)是以信號(hào)空間維度為基礎(chǔ)引入了垂直空域維度，同時(shí)加以利用，其通信信號(hào)以輻射式電磁波的形式傳輸，能夠提供較為豐富的自由空間滿足多址空分，提升無(wú)線通信信號(hào)的穩(wěn)定可靠性、頻率有效性以及信息吞吐率等指標(biāo)，同時(shí)降低對(duì)周邊小區(qū)環(huán)境的干擾[4]。

2.4 5G云計(jì)算通信技術(shù)

移動(dòng)終端設(shè)備的不斷更新為人們提供了越來(lái)越豐富的通信服務(wù)，移動(dòng)通信應(yīng)用與人們生產(chǎn)和生活的聯(lián)系越來(lái)越密切，由此實(shí)時(shí)高效的信息處理，對(duì)滿足人們通信需求尤為重要。云計(jì)算的出現(xiàn)讓一切變成可能，它有效推動(dòng)了5G通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，并為5G通信技術(shù)提供了可靠的技術(shù)支持。云計(jì)算通信技術(shù)不需要用戶在設(shè)備終端上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，有效降低了用戶終端設(shè)備的配置要求[5]。在對(duì)大量的用戶信息進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，要將信息資源統(tǒng)一存儲(chǔ)在云端，采用分布式的文件處理系統(tǒng)，將大量且復(fù)雜的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行快速處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效處理。

3 關(guān)于5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用技術(shù)與優(yōu)化的分析和研究

3.1 5G通信技術(shù)在工業(yè)行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用

如今，我國(guó)的工業(yè)水平總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，科技化生產(chǎn)得到不斷發(fā)展，數(shù)字化、智能化以及自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)顯現(xiàn)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)5G通信應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行整體穩(wěn)定可靠，網(wǎng)絡(luò)速率得到較大提高，高速的通信應(yīng)用環(huán)境保障信號(hào)傳輸更加精準(zhǔn)可靠。同時(shí)5G通信的發(fā)展進(jìn)一步改變著人們的生產(chǎn)和生活，促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展。在5G通信網(wǎng)絡(luò)大發(fā)展的環(huán)境背景下，物聯(lián)網(wǎng)通信效率及質(zhì)量都得到了大幅提高，有效促進(jìn)了我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和設(shè)施的建設(shè)。現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)需要大面積無(wú)線通信信號(hào)覆蓋，特別是精細(xì)化程度較高的生產(chǎn)操作對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的要求更高，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)的廣泛使用帶動(dòng)了生產(chǎn)率的有效提升，保障了產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量[6]。

3.2 5G通信技術(shù)在實(shí)際醫(yī)療工作中的應(yīng)用

隨著5G在我國(guó)得到廣泛地推廣和應(yīng)用，其在醫(yī)療領(lǐng)域的成功應(yīng)用改變了人們對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)療的認(rèn)知。5G網(wǎng)絡(luò)寬帶應(yīng)用技術(shù)被普遍應(yīng)用在醫(yī)療化驗(yàn)、檢測(cè)以及康復(fù)等各個(gè)方面，并取得了令人滿意的效果，如今我國(guó)醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展步入了5G發(fā)展的全新時(shí)代。

3.3 5G通信互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療和工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用

我國(guó)現(xiàn)代企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)以及管理都離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)5G通信應(yīng)用的推廣，醫(yī)療機(jī)構(gòu)的工作模式發(fā)生了顯著變化，過(guò)去看病需要先到醫(yī)院掛號(hào)，如今所有就醫(yī)掛號(hào)等事宜都能在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)，而且現(xiàn)在醫(yī)療保險(xiǎn)結(jié)算報(bào)銷等流程也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成，方便了人們的就醫(yī)看病需求。5G通信的發(fā)展將物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推向了新的發(fā)展階段，有力帶動(dòng)我國(guó)各行業(yè)發(fā)展，使得行業(yè)模式得到了顯著優(yōu)化。我國(guó)如今的工業(yè)整體環(huán)境面臨著傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化模式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，距離真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)目標(biāo)還存在差距，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)5G通信時(shí)代全面到來(lái)時(shí)，現(xiàn)代化工業(yè)模式將迎來(lái)重大轉(zhuǎn)變，同時(shí)醫(yī)療領(lǐng)域加速發(fā)展，醫(yī)療自動(dòng)化將逐步實(shí)現(xiàn)[7]。

隨著移動(dòng)通信的廣泛應(yīng)用，我國(guó)的移動(dòng)通信用戶量快速增長(zhǎng)，隨著網(wǎng)絡(luò)5G超密集組網(wǎng)對(duì)站址資源獲取需求的增加，各通信運(yùn)營(yíng)商間的競(jìng)爭(zhēng)也越發(fā)嚴(yán)峻。各運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)其他運(yùn)營(yíng)商基站進(jìn)行測(cè)試以獲取準(zhǔn)確的基站位置，或是通過(guò)共享已存在的其他運(yùn)營(yíng)商站址，以確保各運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的科學(xué)準(zhǔn)確。另外，要分析對(duì)比其他各運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，以便更加科學(xué)合理地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)。

4 結(jié) 論

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生產(chǎn)和生活對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的質(zhì)量與速度要求逐漸提高，5G通信的出現(xiàn)極大解決了3G和4G技術(shù)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的短板。如今，各行業(yè)都已經(jīng)使用或設(shè)計(jì)使用5G技術(shù)，以達(dá)到提高行業(yè)水平的發(fā)展目標(biāo)。5G通信時(shí)代的到來(lái)將會(huì)徹底改變?nèi)藗冊(cè)械纳詈头绞?，使人們體驗(yàn)到5G通信的豐富內(nèi)容和無(wú)窮魅力。但由于5G技術(shù)還處于發(fā)展的初期階段，配套的技術(shù)及5G產(chǎn)業(yè)鏈還不夠完善，因此還需要相關(guān)研究企業(yè)和技術(shù)人員通力合作，不斷完善5G標(biāo)準(zhǔn)及5G產(chǎn)業(yè)鏈，并對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)新，最終開(kāi)創(chuàng)我國(guó)移動(dòng)通信的廣闊發(fā)展空間。