劉健敏

（廣東南方通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

5G 無線通信技術(shù)作為通信系統(tǒng)中最為先進(jìn)的技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域占有重要地位，5G 無線通信技術(shù)推廣以來，提高了短距離通信的質(zhì)量，增強(qiáng)了信息傳遞的可靠性，具有傳輸速率高、分辨率高特點(diǎn)，可以大幅度提高人們的工作效率。在5G 無線通信技術(shù)的推動(dòng)下，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積逐漸擴(kuò)大，在個(gè)域網(wǎng)、智能交通、應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)、無線傳感器以及軍事通信等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)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(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

1 5G 無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 空口技術(shù)

空口技術(shù)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的組成部分之一，在5G 無線通信技術(shù)尚未興起之前，空口技術(shù)在4G 網(wǎng)絡(luò)中也擁有較大的利用價(jià)值。在5G 無線通信技術(shù)的推動(dòng)下，空口技術(shù)應(yīng)用的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大?？湛诩夹g(shù)自身在無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具有較大的優(yōu)勢(shì)，用戶在使用過程中能夠享受其高速傳輸?shù)男?，用來下載相關(guān)文件和查詢相關(guān)信息。隨著大數(shù)據(jù)覆蓋面積逐漸擴(kuò)增，物聯(lián)網(wǎng)也獲得了充分的發(fā)展，不僅能夠提高信息傳播的速度，而且能夠提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 云計(jì)算技術(shù)

無線技術(shù)在多年的發(fā)展中已經(jīng)逐漸趨于成熟，根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)量已經(jīng)超過500億，在通信技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，云計(jì)算技術(shù)作為這一種專業(yè)化的技術(shù)手段在提高信息存儲(chǔ)與傳輸速度的同時(shí)也極大的促進(jìn)了5G 無線通信技術(shù)的發(fā)展，二者之間相互促進(jìn)和互相補(bǔ)充從而提高數(shù)據(jù)傳播速度，拓展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部的存儲(chǔ)量，為凈化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供技術(shù)支撐[1]。

1.3 MIMO 通信技術(shù)

5G 無線通信技術(shù)在發(fā)展過程中也在不斷完善，以確保更好的滿足用戶日益增長(zhǎng)的高質(zhì)量通信需求，5G技術(shù)在發(fā)展過程中不斷創(chuàng)新，如表1 所示。MIMO 通信技術(shù)就是5G 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)的典型案例，用戶通過MIMO通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸效率，給用戶的工作和生活帶來更大的便利。MIMO 通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較廣，其天線除了分布在基站內(nèi)部，還可擴(kuò)大到城市中的多個(gè)區(qū)域，最終導(dǎo)致系統(tǒng)容量逐漸擴(kuò)大，這是提高信息傳播速度的最關(guān)鍵技術(shù)手段之一[2]。

表1 5G 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.4 低功耗網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G 無線通信技術(shù)能耗過高是限制其發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，不僅會(huì)造成資源利用率過低，而且不符合國家可持續(xù)發(fā)展的方針策略。因此為了推動(dòng)5G 無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展需要綜合性整治能耗過高的現(xiàn)狀，提高基站能源轉(zhuǎn)化的效率。運(yùn)營(yíng)商需要優(yōu)化基站能源轉(zhuǎn)換的方式，當(dāng)用戶在下載結(jié)束后，基站通過自動(dòng)感應(yīng)轉(zhuǎn)變成休眠狀態(tài)，以此來降低能耗，但是就現(xiàn)階段的智能化水平發(fā)展現(xiàn)狀來說該系統(tǒng)的自動(dòng)化水平?jīng)]有從根本上得到提升。針對(duì)當(dāng)前5G 無線通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，需要根據(jù)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用水平對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，在東部沿海發(fā)達(dá)的城市擴(kuò)大5G 信號(hào)覆蓋范圍，在西部相對(duì)落后的城市縮減覆蓋面積。

1.5 異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)

異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)是對(duì)現(xiàn)有資源合理進(jìn)行分配的一種方法，為保證數(shù)據(jù)傳輸效率和網(wǎng)絡(luò)信息安全的穩(wěn)定性，需要對(duì)局部資源進(jìn)行合理分配。例如我國廣東省的通信技術(shù)水平相對(duì)較高，各種新型電子產(chǎn)業(yè)具有相對(duì)廣闊的發(fā)展空間，對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的要求較高，通過異構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析，要進(jìn)一步擴(kuò)大區(qū)域的5G 無線通信網(wǎng)絡(luò)范圍。站在全局資源分配的角度，內(nèi)陸地區(qū)的電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限，對(duì)于高效率數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笙鄬?duì)有限，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的布置要因地制宜，以更好的降低能耗并且實(shí)現(xiàn)資源的合理配置和減少運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本。

1.6 毫米波高端段通信技術(shù)

毫米波高端段通信技術(shù)是分析通信工程中存在問題的一種技術(shù)手段，使用該技術(shù)能夠有限提高通信工程的穩(wěn)定性，合理規(guī)避了人工檢驗(yàn)的不足。根據(jù)毫米波高端段通信技術(shù)分析的數(shù)據(jù)反饋結(jié)果，能夠在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題并且解決問題，保障用戶使用網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和提高用戶的體驗(yàn)感，更好的為用戶提供高效率的數(shù)據(jù)傳播平臺(tái)，滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸提出的新需求。

2 5G 無線通信系統(tǒng)存在的安全問題

2.1 接入安全問題

5G 技術(shù)從出現(xiàn)發(fā)展至今已經(jīng)在大范圍展開推廣，但是5G 無線通信技術(shù)在接入現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)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(duì)擁擠都是影響其接入安全的重要因素，異構(gòu)設(shè)備的接入還會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)產(chǎn)生干擾，如果有黑客入侵，通信信息資源很有可能產(chǎn)生泄露。因此在接入過程中要靈活設(shè)計(jì)，利用C-RAN 接入網(wǎng)提高集中化處理水平，通過智能組網(wǎng)抵抗外來信息入侵。

2.2 網(wǎng)絡(luò)安全問題

切片是5G 無線通信技術(shù)中最為重要的內(nèi)容，每個(gè)切片都有其對(duì)應(yīng)的ID 以實(shí)現(xiàn)安全隔離。5G 無線通信使用的虛擬化技術(shù)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)體系中最為先進(jìn)的，但是5G 信號(hào)的接入需要與之前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行連接，多個(gè)系統(tǒng)銜接過程中存在數(shù)據(jù)泄露的狀況，數(shù)據(jù)被惡意篡改的現(xiàn)象嚴(yán)重的影響了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全。為避免產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)安全問題，要設(shè)置相應(yīng)的密匙，采取實(shí)時(shí)的信息驗(yàn)證以確認(rèn)用戶個(gè)人信息，信息不一致的情況下，不能登錄使用對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)，這樣子才能夠提高網(wǎng)絡(luò)安全，避免產(chǎn)生信息泄露問題。

2.3 應(yīng)用安全問題

在5G 無線通信技術(shù)的支持下，物聯(lián)網(wǎng)工程獲得了飛速發(fā)展，萬物互聯(lián)的方式給用戶生活帶來了極大的便利，但是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與電腦或個(gè)人手機(jī)端相連，在操作過程中需要運(yùn)用一系列軟件綁定個(gè)人賬戶，移動(dòng)終端的軟件在開發(fā)應(yīng)用時(shí)會(huì)有部分小程序或者廣告植入，用戶在使用過程中個(gè)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(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸效率，同時(shí)小程序廣告中可能會(huì)帶來病毒從而影響到應(yīng)用安全。

2.4 用戶安全問題

5G 無線通信技術(shù)的發(fā)展顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩S著5G 技術(shù)的普及，用戶數(shù)量也逐漸增加，5G無線通信技術(shù)覆蓋面十分廣泛，用戶在使用5G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)任何操作不當(dāng)?shù)男袨槎加锌赡軙?huì)產(chǎn)生信息泄露，多方網(wǎng)絡(luò)用戶不斷增加，而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)智能化水平不足，不能辨別各種網(wǎng)絡(luò)主體的應(yīng)用范圍，不法分子通過網(wǎng)絡(luò)鏈接對(duì)用戶個(gè)人信息進(jìn)行盜取，嚴(yán)重的威脅了用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全。

3 5G 無線通信在城市軌道交通信息傳輸中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

本案例以廣東地區(qū)的城市軌道交通信息傳播現(xiàn)狀為例，對(duì)5G 無線通信的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合探討。當(dāng)前城市交通軌道系統(tǒng)控制中主要有三個(gè)部分，分別是監(jiān)控系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及交換系統(tǒng)。控制系統(tǒng)在應(yīng)用中執(zhí)行時(shí)間調(diào)整，在UDP/IP 協(xié)議的要求下，對(duì)軌道交通中的信號(hào)進(jìn)行雙向安全交換，5G 無線通信技術(shù)的應(yīng)用對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的可靠性得以有效提升，為城市交通的安穩(wěn)運(yùn)行提供了保障[3]。

3.2 控制器設(shè)計(jì)

選取任一路段的控制器作為示例對(duì)象，該控制器接入了TI 天線，以便于更好的擴(kuò)大5G 無線通信技術(shù)覆蓋范圍，對(duì)城市軌道交通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具體位置進(jìn)行充分把握。該系統(tǒng)主要包含3 個(gè)部分，分別是航空通信站、航控設(shè)備和信標(biāo)查詢天線，其反饋功能能夠幫助駕駛員合理規(guī)劃通行路線，減少車輛密度過大的影響，控制器的應(yīng)用使城市交通軌道運(yùn)行效率提高的同時(shí)更加安全。圖1 為控制器結(jié)構(gòu)。

圖1 控制器結(jié)構(gòu)

3.3 無線通信程序設(shè)計(jì)

在5G 無線通信系統(tǒng)的控制下，城市軌道交通信息傳播系統(tǒng)對(duì)Socket 加以利用，以實(shí)現(xiàn)各種通信功能暢通無阻[4]。Socket 在軌道交通應(yīng)用過程中，使用的服務(wù)器為客戶端模型，當(dāng)客戶通過5G 無線通信程序連接以后，服務(wù)器對(duì)用戶信息會(huì)形成完整的反饋機(jī)制，具體數(shù)據(jù)包信息如表2 所示。無線通信程序設(shè)計(jì)提供的雙向數(shù)據(jù)交流平臺(tái)能夠給用戶帶來便利，但是不能保證數(shù)據(jù)傳輸信息的順序，因此其可靠性存在一定的質(zhì)疑。

表2 軟件程序發(fā)送的數(shù)據(jù)包信息

3.4 無線數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5G 無線數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含5 個(gè)主要系統(tǒng)，分別是主干網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、控制中心、軌道側(cè)網(wǎng)以及車輛網(wǎng)。除此之外子系統(tǒng)中含有多個(gè)交換機(jī)，對(duì)城市軌道交通信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如圖2 所示。該系統(tǒng)的運(yùn)行主要依靠以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過基站傳輸?shù)男盘?hào)探測(cè)結(jié)果反饋到交換機(jī)上，再通過交換機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的結(jié)果會(huì)傳輸?shù)娇刂浦行?，以便于?duì)城市軌道交通更好的監(jiān)管，在5G 無線通信數(shù)據(jù)的控制下，其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速率得到了有效提升[5]。

圖2 5G 無線數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)原理

3.5 通信信號(hào)損耗分析程序設(shè)計(jì)

信號(hào)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間的距離設(shè)置為d，單位是km，通過程序設(shè)計(jì)計(jì)算能夠判斷出信號(hào)線纜損壞的位置，對(duì)損壞程度也能進(jìn)行初步預(yù)估，信號(hào)發(fā)生損壞現(xiàn)象一定程度上會(huì)影響交通的正常運(yùn)行，通過使用損耗分析程序能夠提高線路維修效率，當(dāng)前我國廣東地區(qū)的交通信息傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定相對(duì)較差，在5G 無線通信技術(shù)的推動(dòng)下取得了一定的成就，但是為了進(jìn)一步提高城市軌道交通的安穩(wěn)性，還需要擴(kuò)大5G 基站的建設(shè)，使5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全面覆蓋，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

5G 通信技術(shù)在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的推動(dòng)下覆蓋面積會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，在當(dāng)前階段5G 無線通信技術(shù)應(yīng)用范圍已經(jīng)逐漸覆蓋公共醫(yī)療衛(wèi)生、城市軌道交通、軍事管理、工廠生產(chǎn)以及個(gè)人生活當(dāng)中。其高速率的數(shù)據(jù)傳輸特征符合當(dāng)下快節(jié)奏的生活特征，給人們的生活帶來了巨大的便利，為了進(jìn)一步凈化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，推動(dòng)5G 無線通信技術(shù)的普及，要做好安全知識(shí)普及，落實(shí)安全預(yù)警體系，構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，切實(shí)提高5G 系統(tǒng)應(yīng)用安全。