程 暉
(福建省郵電工程有限公司 福建 福州 350011)
5G移動(dòng)通信是具有高速率、低時(shí)延和大連接的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù),在更高的水平上改善了社會(huì)之間互相交流和傳遞的基本模式。相對(duì)傳統(tǒng)的人和人之間交流,5G移動(dòng)通信將物融入其中,可很好地實(shí)現(xiàn)人和人、人和物、物和物等通信體系。所以5G移動(dòng)通信是智能化時(shí)代進(jìn)一步發(fā)展和推進(jìn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。研究5G移動(dòng)通信的應(yīng)用場(chǎng)景,并對(duì)未來無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署和探究對(duì)5G移動(dòng)通信的全面推進(jìn)有很好的幫助。
5G移動(dòng)通信技術(shù)全稱是第五代移動(dòng)通信技術(shù),是擁有運(yùn)行速度達(dá)到10 GB/s的一種通信技術(shù)。相對(duì)4G移動(dòng)通信,5G可獲得更高的下載速度,運(yùn)行參數(shù)也有非常明顯的提高。這就使得在5G移動(dòng)通信的使用中,用戶可獲得更快的傳輸速率和更流暢的體驗(yàn)。5G移動(dòng)通信相對(duì)4G來說,數(shù)據(jù)的傳輸延遲現(xiàn)象得到有效緩解,信息網(wǎng)絡(luò)中各項(xiàng)能源的消耗也得到降低,這就將整個(gè)體系的運(yùn)行成本進(jìn)行有效的控制,全面普及到更多用戶中。近年來,4G技術(shù)逐漸全面推進(jìn),商業(yè)化體系的4G移動(dòng)技術(shù)逐漸成熟,已然進(jìn)入較高的水平。隨著經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展,科技也在進(jìn)步,4G移動(dòng)技術(shù)大多數(shù)場(chǎng)景下能有較好的表現(xiàn),但不能滿足社會(huì)公眾在某些特殊場(chǎng)景下的要求,技術(shù)的革新已經(jīng)迫在眉睫。此外,移動(dòng)數(shù)據(jù)需求量逐漸全面發(fā)展,移動(dòng)通信在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中表現(xiàn)出自己的瓶頸。如何更高、更快的發(fā)展5G技術(shù)已經(jīng)成為研發(fā)團(tuán)隊(duì)的核心探究點(diǎn),這也是響應(yīng)時(shí)代進(jìn)步的關(guān)鍵點(diǎn)。從網(wǎng)絡(luò)的角度來論述,大數(shù)據(jù)越來越多,網(wǎng)絡(luò)容量也在不斷地提升,多網(wǎng)并存的特征中如何更高效地將不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理也是非常重要的。在發(fā)展5G技術(shù)中,這些問題都需要得到研究和推進(jìn)。
5G移動(dòng)通信技術(shù)在發(fā)展中,并非簡(jiǎn)單地對(duì)4G技術(shù)進(jìn)行升級(jí),而是在各技術(shù)層面上進(jìn)行拔高,提升5G移動(dòng)通信技術(shù)的特征,將其打造成為多邊形戰(zhàn)士。關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)上,天線技術(shù)、非正交多址候選技術(shù)是重要研究?jī)?nèi)容,傳輸波形和超密集組則是其中必備的關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性的研究?jī)?nèi)容,直接通信D2D技術(shù)則是5G移動(dòng)通信中的核心關(guān)鍵技術(shù),需要不斷調(diào)整以獲得更高的技術(shù)突破。有了這些新型、關(guān)鍵技術(shù)的加持,5G網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)容量上有了更好地提升,能效也更加高,穩(wěn)定性趨于高水平。關(guān)鍵技術(shù)的提升使得整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)面向多元素、綜合、智能全面前進(jìn),發(fā)展方向也更加明確。
從技術(shù)特征上分析,5G移動(dòng)通信的特征非常鮮明,包括了高速率、低功耗、低時(shí)延、互聯(lián)性高、高安全等。高速率體現(xiàn)在相對(duì)于4G移動(dòng)通信,5G的運(yùn)行速率更快。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是走在需求的前端,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平不斷地提升,網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度也增加,人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求就會(huì)出現(xiàn)更全新的應(yīng)用,這對(duì)人們更便捷、舒適地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交換,完成網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)有更好的幫助。在超高清的觀賞、網(wǎng)絡(luò)直播的觀賞、AR和VR時(shí),通信網(wǎng)絡(luò)速度的限制帶來的卡頓、暫停等問題得到很好的緩解,5G技術(shù)的運(yùn)用和推廣更加全面。低功耗則是意味著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)消耗更低。時(shí)代快速發(fā)展,各項(xiàng)智能化設(shè)備出現(xiàn),智能手表、智能手環(huán)和智能家電等都走進(jìn)人們的生活。人們對(duì)通信產(chǎn)品的低功耗要求也越來越高,無須每天充電會(huì)使得人們的體驗(yàn)感更好,讓用戶更加信任、肯定移動(dòng)通信的各項(xiàng)產(chǎn)品,這對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和各項(xiàng)智能設(shè)備等都有很好的幫助。設(shè)備應(yīng)用的人性化水平不斷提升,產(chǎn)品更替也更加快速,通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也蒸蒸日上。低時(shí)延則是能夠解除網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延,這就意味著5G技術(shù)在無人駕駛、自動(dòng)化發(fā)展等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)有更實(shí)時(shí)的應(yīng)用。空中接口的時(shí)延水平在5G技術(shù)下可控制在1 ms左右,這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠滿足安全性能的要求,還能夠在不同的場(chǎng)景規(guī)?;碌玫礁玫膽?yīng)用[1]。互聯(lián)性是指萬物互聯(lián)。智能化電子設(shè)備在不斷地升級(jí)、更新,其復(fù)雜程度越來越高,多元化的發(fā)展在新型背景下,需要人和人、人和物、物和物的互相連接。5G技術(shù)不斷地發(fā)展,萬物互聯(lián)達(dá)成之后才能夠滿足各種設(shè)備接口在相同條件下運(yùn)行。5G技術(shù)滿足萬物互聯(lián)也能夠?qū)θ祟惖纳钅J胶透黜?xiàng)習(xí)慣進(jìn)行改變,能夠?qū)⑸鐣?huì)生活水平提升到更好的高度。安全性高則是表現(xiàn)在5G技術(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)防御和惡意攻擊等突發(fā)事故的應(yīng)對(duì)處理上。5G技術(shù)本身能夠在更廣闊的范圍中得到運(yùn)用,以金融業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、交通等綜合性的場(chǎng)景為例,5G技術(shù)能夠在其中實(shí)現(xiàn)更大、更豐富的數(shù)據(jù)傳輸,且傳輸?shù)膬?nèi)容更加復(fù)雜,系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性是基礎(chǔ)。強(qiáng)化5G技術(shù)的應(yīng)用安全體系,提升5G技術(shù)面對(duì)惡意攻擊時(shí)的抵御水平,同時(shí)提高風(fēng)險(xiǎn)防范和控制水平,這樣才能夠?qū)⒄麄€(gè)通信體系在更安全、更穩(wěn)定的條件下運(yùn)行。
人類社會(huì)在長(zhǎng)期發(fā)展過程中,工業(yè)的推進(jìn)是發(fā)展的基礎(chǔ),工業(yè)發(fā)展才能更好地滿足人類社會(huì)的生存和進(jìn)步。蒸汽機(jī)時(shí)代和電氣化時(shí)代已經(jīng)過去,現(xiàn)在人類正大步邁向智能化數(shù)字時(shí)代。在智能化時(shí)代的過程中,5G技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的技術(shù)。工業(yè)智能化全面推進(jìn),互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建上有線網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙和WiFi等各項(xiàng)豐富的傳輸技術(shù)表現(xiàn)出自身的滯后性,5G技術(shù)則是能夠作為高效傳輸?shù)牡谝幻浇轫樌刂纹鸫罅康臄?shù)據(jù)傳輸工作。智能化的生產(chǎn)和制造的過程中,網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出的時(shí)延性直接對(duì)工業(yè)智能化表現(xiàn)出負(fù)面影響。5G通信技術(shù)當(dāng)中,使用更好的技術(shù)解決時(shí)延性的問題,將傳感器設(shè)備在日常運(yùn)行中的各項(xiàng)精度進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整,時(shí)延性的問題得到較好的解決。所以5G移動(dòng)通信在工業(yè)智能化上能夠表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。
智慧城市建設(shè)在未來是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。智慧城市建設(shè)過程中會(huì)涉及許多復(fù)雜的體系,技術(shù)含量頗高,需要在智能硬件、云服務(wù)平臺(tái)以及移動(dòng)應(yīng)用終端等多個(gè)體系中得到全面應(yīng)用。這樣的綜合性體系能夠直接將城市的各項(xiàng)管理更加的精細(xì)化。以智慧監(jiān)控、智慧交通、智慧建設(shè)、智慧生活等為例,將在不同板塊上集中設(shè)定垂直管理模塊才能得到更智能的管理。這也是社會(huì)發(fā)展的大勢(shì)所趨。但實(shí)際的推進(jìn)過程中,各個(gè)模塊之間不僅需要保持互相連接的狀態(tài),更是需要獨(dú)立運(yùn)行。這就好比一個(gè)公司,每個(gè)部門都需要獨(dú)立運(yùn)行,但是每個(gè)部門之間還需要團(tuán)結(jié)協(xié)作,為了一個(gè)目標(biāo)共同奮斗。在智慧城市建設(shè)當(dāng)中,這樣的綜合體系就要求互聯(lián)網(wǎng)水平能夠在5G技術(shù)的幫助下,在人工智能技術(shù)的加持下共同發(fā)揮作用,將建設(shè)水平不斷提高,使得智慧城市能夠?yàn)槿藗儎?chuàng)造出更加美好、舒適、安全和健康的生活環(huán)境。
AR技術(shù)和VR技術(shù),即增加現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí),這些技術(shù)方面都需要對(duì)語音進(jìn)行識(shí)別、對(duì)頭部進(jìn)行跟蹤和研究、對(duì)視線進(jìn)行識(shí)別和跟蹤、對(duì)各種手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別和感應(yīng)等。這些技術(shù)在推進(jìn)和深入研究的過程中,無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸有非常重要的作用。無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸要求在速度上表現(xiàn)出更好的低時(shí)延性,還需要在傳輸成本上進(jìn)行控制,這樣才能更加全面地推進(jìn)VR/AR技術(shù)。對(duì)此,5G移動(dòng)通信表現(xiàn)出自身較好的價(jià)值[2]。5G技術(shù)的出現(xiàn)和成熟,不僅能夠?qū)⑻摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)中各項(xiàng)基礎(chǔ)應(yīng)用水平進(jìn)行提升,還能拓寬各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍,使得技術(shù)在新的場(chǎng)景中得到更好的運(yùn)用。
新媒體不斷地發(fā)展,短視頻行業(yè)也得到全面推進(jìn)。短視頻行業(yè)從劇本、拍攝、演繹,到后期的剪輯、上傳和推廣整個(gè)過程已經(jīng)逐漸趨于成熟。但是社交活動(dòng)不斷更新迭代,新興媒體的應(yīng)用水平也在不斷提升,視頻流量和短視頻的交互性也逐漸受到人們的重視,如何獲得更高的流量,呈現(xiàn)出更好的交互性是未來人們研究的重點(diǎn)。5G技術(shù)的支撐能夠很好地將社交網(wǎng)絡(luò)方面的一些問題解決。視頻類媒體在被用戶選擇性地點(diǎn)開后,網(wǎng)絡(luò)成本得到更好的控制的同時(shí),交互技術(shù)也在不斷地完善,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容、傳播途徑和安全性都有了很好的提升。5G移動(dòng)通信在社交網(wǎng)絡(luò)方面呈現(xiàn)出很廣闊的應(yīng)用價(jià)值。
與智慧城市的統(tǒng)籌管理不同,智慧社區(qū)的建設(shè)是更加基層、更加全面的,是一種全面賦能的新型智慧建設(shè)。5G技術(shù)在走進(jìn)智慧社區(qū)時(shí),更多的是從相關(guān)的要求和指導(dǎo)完成。公安部在推進(jìn)智慧平安社區(qū)的建設(shè)過程中,鼓勵(lì)根據(jù)云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等多種前沿的技術(shù)手段,將社區(qū)當(dāng)中復(fù)雜化、高流動(dòng)性、車流密集等問題進(jìn)行綜合管理。管理過程中,準(zhǔn)確高效是核心的,智慧社區(qū)的建設(shè)主要是從動(dòng)態(tài)、可視等作為目標(biāo),可以做到準(zhǔn)確掌握各個(gè)社區(qū)的基礎(chǔ)信息,將社區(qū)中的治安防控、便民服務(wù)以及矛盾解決等作為常態(tài)化的管理[3]。5G技術(shù)可以在各項(xiàng)監(jiān)控和管控體系的支持下,將零散的信息匯總到大數(shù)據(jù)服務(wù)中心,這樣協(xié)同管控后再精細(xì)化的管理,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程操控功能。對(duì)于基層管理工作,這樣的管理效果是十分有效的。5G技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋之后,整個(gè)社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)也非常明顯,8K視頻、高流量高速率等,使得社區(qū)工作人員能夠直觀地鑒別出目標(biāo)的身份,整個(gè)社區(qū)的作業(yè)效率也更高。各項(xiàng)實(shí)時(shí)視頻的調(diào)度也能夠幫助解決更多的民生問題,真正實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)服務(wù)于智慧社區(qū)。整體來說,智慧社區(qū)在5G移動(dòng)通信技術(shù)的幫助下,物業(yè)服務(wù)水平得到提升,特別是安保工作更是有效加強(qiáng),業(yè)主滿意,生活環(huán)境得到更好改善。
人工智能大數(shù)據(jù)的發(fā)展是時(shí)代趨勢(shì),是時(shí)代的使命。5G技術(shù)和人工智能之間表現(xiàn)出了協(xié)作共生、相互促進(jìn)的關(guān)系。人工智能大數(shù)據(jù)當(dāng)中,5G技術(shù)不斷地提升和強(qiáng)化,能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗夹g(shù)當(dāng)中各項(xiàng)響應(yīng)速度拔高,將人工智能的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行拓展,使得用戶在5G技術(shù)下使用人工智能時(shí)獲得更好的用戶體驗(yàn)。5G技術(shù)在應(yīng)用的過程中,不僅將人工智能在實(shí)際應(yīng)用中因移動(dòng)通信技術(shù)表現(xiàn)出的短板補(bǔ)齊,更重要的是成了人工智能在實(shí)際運(yùn)用過程中的推廣助力器。從人工智能大數(shù)據(jù)的發(fā)展來研究,人工智能大數(shù)據(jù)不斷的發(fā)展和進(jìn)步,也為5G技術(shù)的研究提供了支撐[4]。5G技術(shù)在各個(gè)場(chǎng)景中得到運(yùn)用,相關(guān)的要求也各有所長(zhǎng),在人工智能技術(shù)的加持之下,5G移動(dòng)通信的智能化水平得到很好的提升,自動(dòng)化程度也越來越高。整體而言,5G移動(dòng)通信在人工智能大數(shù)據(jù)的影響下有了很廣袤的進(jìn)步空間,運(yùn)行水平有很大提升。
5G移動(dòng)通信作為一種新型網(wǎng)絡(luò),其具有三大特點(diǎn):全新性、革命性、全I(xiàn)T技術(shù)架構(gòu)性。在這些特性之下,更高速度、更大寬帶、更低時(shí)延、更強(qiáng)能力已經(jīng)加持。在不同的場(chǎng)景下,新型無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的部署也是非常值得研究,這樣的技術(shù)才能夠做好強(qiáng)移動(dòng)的互聯(lián)網(wǎng),才能夠?qū)⒁苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)做大。研究新型無線網(wǎng)絡(luò)未來的部署,可以從三個(gè)場(chǎng)景展開分析,即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器類通信和超高可靠和低時(shí)延的通信[5]。5G網(wǎng)絡(luò)的部署當(dāng)中,未來需要朝著更加靈活的方向前進(jìn)。
增強(qiáng)移動(dòng)寬帶需要在更高速、更大寬帶的條件下提升基帶的速率。5G移動(dòng)通信中,增強(qiáng)移動(dòng)寬帶作為一種高熱點(diǎn)和高容量的場(chǎng)景,可嘗試多種方式進(jìn)行部署。第一,CU+DU分層。CU的集中部署制作在控制面上,這樣的獨(dú)立又統(tǒng)一的面能夠?qū)σ粋€(gè)區(qū)域內(nèi)的不同的CU面進(jìn)行分管,多個(gè)DU隸屬于CU,DU在其中作為分支,進(jìn)行各項(xiàng)無線資源的管理和移動(dòng)性的管理,這種CU+DU分層組網(wǎng)進(jìn)行管理的模式能夠很好地對(duì)控制面進(jìn)行控制和操作。DU在分區(qū)部署的同時(shí),針對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域,可設(shè)置成為超密集的部署,這樣能夠有效地化解高熱點(diǎn)背景下高容量場(chǎng)景在單位面積下的超高吞吐需求。DU作為數(shù)據(jù)的基站,CU作為命令基站,各自分工協(xié)作,一個(gè)完成集中控制,一個(gè)完成細(xì)節(jié)控制,這樣的配置非常簡(jiǎn)單,能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用的效果。第二,將控制面設(shè)置成虛擬化的超密集組網(wǎng)架構(gòu)。針對(duì)熱點(diǎn)高容量的場(chǎng)景,可以嘗試上述方法;在不具備部署上述方法的熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景之中,可以嘗試進(jìn)行集成控制面、用戶面功能的基站來進(jìn)行部署。展開來說,這種超密集組網(wǎng)可以將承載和控制進(jìn)行分離,這樣能夠很好地解決缺少統(tǒng)一的控制面形成的各項(xiàng)負(fù)面影響[6]。此外,還將各個(gè)基站的部分資源進(jìn)行部分抽取,用在承載統(tǒng)一的虛擬控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之中,這樣的信息構(gòu)成一個(gè)虛擬的信令基站。這個(gè)信令基站中,多個(gè)基站進(jìn)行數(shù)據(jù)的承載,從而構(gòu)成控制面虛擬化的超模及組網(wǎng)架構(gòu)。這些未來部署的方法可有效解決實(shí)際場(chǎng)景中表現(xiàn)出的問題。
大規(guī)模機(jī)器類通信運(yùn)用時(shí)要求低時(shí)延、高可靠性,這就要求5G技術(shù)的無線網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)時(shí)表現(xiàn)出本地特征,將各項(xiàng)基站設(shè)計(jì)為具備智能感應(yīng)、快速分發(fā)信息、業(yè)務(wù)控制等多樣化的設(shè)備。時(shí)延的問題可以將特定的業(yè)務(wù)的控制功能進(jìn)行調(diào)整,使其十分接近接入網(wǎng)側(cè),這樣能夠有效緩解時(shí)延問題。此外,根據(jù)不同的場(chǎng)景需求,可以將區(qū)域性的移動(dòng)管理功能進(jìn)行下沉,讓網(wǎng)側(cè)接入更多內(nèi)容,用戶在相關(guān)的局域網(wǎng)內(nèi)活動(dòng)時(shí),可以很好規(guī)避切換信令互交問題,延遲性得到控制。全功能基站中也可以設(shè)置集成化的控制面板,根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)用戶進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),對(duì)需要更多資源的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行資源的預(yù)留和與操作,這樣能夠很好地提高切換的成功率,將整個(gè)5G通信技術(shù)的可靠性進(jìn)行提升[7]。
超高可靠和低時(shí)延的通信場(chǎng)景要求能耗低、連接更大,這樣的場(chǎng)景可以基于控制,將承載分離構(gòu)建新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。海量的連接可以嘗試對(duì)無線網(wǎng)增加控制面,將各種無線資源設(shè)置在上面,這樣各項(xiàng)控制信令資源就能得到有效控制,從而滿足實(shí)際需求。此外,也可以將分簇、分層部署架構(gòu)設(shè)置在其中,5G技術(shù)過程中,各個(gè)用戶終端使用的特點(diǎn)是:小數(shù)據(jù)量、移動(dòng)性低、功耗低且集中在固定的區(qū)域,這樣的特點(diǎn)使得無線網(wǎng)進(jìn)行部署時(shí),可嘗試將業(yè)務(wù)和用戶進(jìn)行連接完成部署。分簇設(shè)置的模式,將簇集中在控制中心當(dāng)中,簇作為提供用戶接入控制和連接管理的設(shè)備,用戶的各項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)過簇的集中收集和匯聚,并完成轉(zhuǎn)發(fā)工作。上層的數(shù)據(jù)基站收到數(shù)據(jù)之后,對(duì)簇進(jìn)行統(tǒng)一的控制和協(xié)調(diào)。這樣分工合作的網(wǎng)絡(luò)框架能夠保證各個(gè)簇之間實(shí)現(xiàn)無線資源的協(xié)同管理和移動(dòng)控制,使得整個(gè)移動(dòng)通信場(chǎng)景更加人性化、專業(yè)化。
5G移動(dòng)通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是我國(guó)通信技術(shù)發(fā)展過程中的重要研究成果,在市場(chǎng)的需求下,5G移動(dòng)通信技術(shù)有了全新的應(yīng)用場(chǎng)景。未來,5G技術(shù)還需要結(jié)合自身特點(diǎn),在新型無線網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)整部署,不斷提升技術(shù)的同時(shí)將應(yīng)用場(chǎng)景定位更準(zhǔn)確、更合理、更具有部署的靈活性,使得整個(gè)5G技術(shù)真正能夠服務(wù)于人民、服務(wù)于社會(huì)。