對(duì)新時(shí)期5G 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與應(yīng)用分析

申森 薛國(guó)浪 福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

引言

5G 時(shí)代的到來(lái)，意味著萬(wàn)物互聯(lián)的便捷與方便，可穿戴設(shè)備、智能家居、智能終端設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用場(chǎng)景快速滲透到線(xiàn)下，通過(guò)給予用戶(hù)隨時(shí)隨地享受高科技便利的同時(shí)，5G 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也能夠帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，推動(dòng)行業(yè)變革，成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，通過(guò)整體科技水平的提高，增強(qiáng)國(guó)家的影響力，提升居民的幸福感。

一、5G 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)勢(shì)

5G 是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，通過(guò)數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的廣泛覆蓋，在5G 網(wǎng)絡(luò)中，地理區(qū)域被分為眾多的蜂窩，而本區(qū)域內(nèi)的無(wú)線(xiàn)設(shè)備通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波和蜂窩中的本地天線(xiàn)陣和低功率自動(dòng)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)來(lái)傳遞信號(hào)。與4G 技術(shù)相比，5G 的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)的傳播速率更快、容量更大、響應(yīng)時(shí)間更快，因此能夠滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的需求，并且在低延遲的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中減少網(wǎng)絡(luò)卡頓，提升用戶(hù)體驗(yàn)。

目前在我國(guó)，5G 的發(fā)展與應(yīng)用可謂是如火如荼，首先從運(yùn)營(yíng)商角度來(lái)說(shuō)，今年三大運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)取得了5G 商用牌照，此舉為5G的大規(guī)模商用奠定了發(fā)展基礎(chǔ)，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始在眾多大中型城市中率先開(kāi)展5G 的小規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)基站建設(shè)；其次國(guó)家已經(jīng)著手整合相關(guān)資源，為5G 的發(fā)展奠定良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，據(jù)工信部權(quán)威透露，根據(jù)當(dāng)前規(guī)劃，在2019 年預(yù)計(jì)全國(guó)將會(huì)有50 個(gè)城市建設(shè)超過(guò)5 萬(wàn)個(gè)5G 基站，同時(shí)有關(guān)部門(mén)將加快進(jìn)網(wǎng)批文的審批，盡快制定5G 跨行業(yè)應(yīng)用的指導(dǎo)政策與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，營(yíng)造良好的技術(shù)發(fā)展環(huán)境，促進(jìn)整體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與技術(shù)突破，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)新生態(tài)。

二、5G 關(guān)鍵技術(shù)

5G 發(fā)展的核心技術(shù)包括新型多天線(xiàn)傳輸、高頻傳輸通信技術(shù)、密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)三個(gè)方面。

新型多天線(xiàn)傳輸技術(shù)的發(fā)展是5G 研究的重點(diǎn)技術(shù)之一，這一技術(shù)以大規(guī)模天線(xiàn)陣列作為基礎(chǔ)，通過(guò)發(fā)送分集、空間復(fù)用、大規(guī)模MIMO 等方式提高下載速率與容量，擴(kuò)大列陣增益，優(yōu)化分配頻譜資源，避免浪費(fèi)的同時(shí)能夠減少干擾，這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度的提升、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容具有非常重要的意義，通過(guò)合理設(shè)置空間格局，利用分層的方法能夠?qū)崿F(xiàn)一對(duì)多的優(yōu)勢(shì)服務(wù)，最大限度地滿(mǎn)足移動(dòng)端對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求。

高頻傳輸通信技術(shù)在毫米級(jí)波段已經(jīng)有公司進(jìn)行了相關(guān)的研發(fā)，并且經(jīng)過(guò)測(cè)試能夠達(dá)到1GBit 的下載速率，說(shuō)明在商用領(lǐng)域高頻傳輸通信技術(shù)是有一定的可行性的，但是目前由于空氣的吸收、電離層的不穩(wěn)定等各種因素的干擾無(wú)法完全排除，電磁波很容易有損耗，進(jìn)而影響到信號(hào)的穩(wěn)定性，目前眾多科技企業(yè)正在逐漸加大對(duì)高頻傳輸通信技術(shù)的研究與研究，以期為用戶(hù)帶來(lái)更多的快捷與方便。

采用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠促進(jìn)5G 技術(shù)的大規(guī)模使用。依照目前的城市規(guī)劃與人口密度，小區(qū)越來(lái)越密集，眾多入網(wǎng)的移動(dòng)端很容易造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張，為了滿(mǎn)足密集狀態(tài)下大面積數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行，需要采用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量的增加，通過(guò)廣泛分布的低功率節(jié)點(diǎn)增強(qiáng)熱點(diǎn)，及時(shí)清除技術(shù)上的盲點(diǎn)，提升區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并且需要注意的是增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾能力，保障通信的質(zhì)量安全可靠。

三、5G 經(jīng)典應(yīng)用場(chǎng)景

與目前的4G 技術(shù)相比較，5G 的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面，第一是上網(wǎng)速度能夠提升百倍，為用戶(hù)提供1GB／秒的體驗(yàn)速率，網(wǎng)速更快更高效，例如通過(guò)更加快速的網(wǎng)絡(luò)，下載電影、資料等網(wǎng)絡(luò)資源的速率大大增加，節(jié)省用戶(hù)時(shí)間；第二是在延時(shí)方面，5G 的延時(shí)處于毫秒級(jí)，有效減少了網(wǎng)絡(luò)卡頓情況的發(fā)生，提升用戶(hù)體驗(yàn)；第三是5G 技術(shù)的使用能夠服務(wù)更多的終端設(shè)備，5G 通過(guò)對(duì)已有的4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容，網(wǎng)絡(luò)容量更大，最大能夠支撐每平方公里上百萬(wàn)用戶(hù)的終端連接，增加了空間的利用率，避免了空間資源的浪費(fèi)?；谝陨先齻€(gè)優(yōu)點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的5G 有三大應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)產(chǎn)業(yè)深度融合，進(jìn)一步衍生出各種5G 的具體應(yīng)用實(shí)例，5G 的三大應(yīng)用場(chǎng)景包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量物聯(lián)網(wǎng)、低延時(shí)通信。

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶支撐的超高清視頻、VR 游戲極大地提升了消費(fèi)者體驗(yàn)，能夠在人口密集區(qū)域承擔(dān)海量用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)需要，促進(jìn)畫(huà)質(zhì)分辨率得到顯著提高，渲染處理效果更加逼真，同時(shí)結(jié)合超高清顯示、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D 視頻等技術(shù)，交互式體驗(yàn)方式能夠讓用戶(hù)進(jìn)一步感受到5G 的暢快與便捷，身臨其境的體驗(yàn)方式改變了用戶(hù)的觀看習(xí)慣，在實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的同時(shí)帶動(dòng)游戲產(chǎn)業(yè)與影音娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

海量物聯(lián)網(wǎng)功能，主要應(yīng)用于傳感和數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)解析三個(gè)方面，有助于環(huán)境檢測(cè)與森林防火，而且對(duì)于智慧城市的發(fā)展也有推動(dòng)作用，從而提高城市的管理能力與效率，促進(jìn)社會(huì)智能化管理，例如在智慧城市建設(shè)方面，通過(guò)打造智能電網(wǎng)、電子政務(wù)、智慧教育文化服務(wù)、智慧交通系統(tǒng)等集合各種便捷公共服務(wù)于一體的城市綜合體，優(yōu)化城市環(huán)境監(jiān)測(cè)與公共服務(wù)體系，使居民生活更加舒適，普惠民生。

5G的低延時(shí)通信能夠達(dá)到端對(duì)端的毫秒級(jí)時(shí)延，并且連接穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)，具體應(yīng)用實(shí)例包括遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家電制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等，例如在遠(yuǎn)程醫(yī)療方面，通過(guò)5G 技術(shù)的引入，能夠?qū)崿F(xiàn)異地的遠(yuǎn)程會(huì)診與手術(shù)指導(dǎo)，通過(guò)移動(dòng)ICU 減輕患者痛苦，進(jìn)一步將先進(jìn)的醫(yī)療技術(shù)引入到其他地區(qū)，促進(jìn)醫(yī)療的發(fā)展；在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，通過(guò)低延時(shí)這一優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)深度融合，例如工人能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的操作，減少安全事故的發(fā)生，使生產(chǎn)管理更加扁平化、智能化；在無(wú)人駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等經(jīng)典應(yīng)用場(chǎng)景，能夠構(gòu)建更大前景的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，對(duì)于智能制造、物流跟蹤等領(lǐng)域有重要的輔助作用，有效促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)與制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

四、5G 的發(fā)展前景

5G 在未來(lái)將會(huì)實(shí)現(xiàn)更多設(shè)備的互聯(lián)與人機(jī)交互的體驗(yàn)，涵蓋家電、工業(yè)生產(chǎn)、智能終端、遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛、大數(shù)據(jù)共享等多個(gè)領(lǐng)域，工業(yè)生產(chǎn)也將逐步升級(jí)為基于柔性技術(shù)的生產(chǎn)模式，滿(mǎn)足居民的個(gè)性化定制需求，及時(shí)跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn)與物流進(jìn)度，同時(shí)通過(guò)基于5G 的社區(qū)網(wǎng)絡(luò)連接，為居民提供更加優(yōu)質(zhì)、便捷的通信服務(wù)，使通信更加安全可靠，居民隱私得到充分保護(hù)。

未來(lái)5G 在向著智能化、多元化的方向延伸發(fā)展的同時(shí)，隨著智能終端的普及，2020 年以后移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的需求將迎來(lái)井噴型增長(zhǎng)，也為通信行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的歷史機(jī)遇，在未來(lái)小區(qū)越來(lái)越密集的環(huán)境中，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)增加的低功率節(jié)點(diǎn)來(lái)支持流量業(yè)務(wù)的需求，縮短終端與節(jié)點(diǎn)之間的距離來(lái)提升通信質(zhì)量，提升用戶(hù)的消費(fèi)體驗(yàn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

目前5G 的發(fā)展對(duì)于我國(guó)通信行業(yè)的變革與科技的進(jìn)步具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文探討了當(dāng)今5G 技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景與未來(lái)前景，雖然我國(guó)5G 的應(yīng)用已經(jīng)取得了不菲的成就，并且逐步走在了世界領(lǐng)先地位，但是5G 技術(shù)本身仍然有技術(shù)難點(diǎn)需要突破攻關(guān)，仍然需要通信業(yè)優(yōu)秀人才付出投入，在基站架設(shè)、產(chǎn)品宣傳、運(yùn)營(yíng)環(huán)境方面提升，為5G 發(fā)揮更多的優(yōu)勢(shì)提供保障。