5G通信技術應用場景和關鍵技術

摘要：伴隨著我國信息技術的快速發展，其應用領域也越來越廣泛。這極大推動了我國移動通信產業的進一步創新與優化。5G無線互聯網技術是基于4G網絡技術所形成的一種全新通信技術，實現了對中國移動通信技術的整體速度與質量的全面提升，進而推動我國移動通信產業的穩步發展。關鍵詞：5G通信技術，關鍵技術，應用場景隨著移動通信設備的快速發展，特別是智能手機的普及，使得移動通信用戶數量大幅增加。這讓移動通信網絡面臨著巨大的承載壓力。我國僅用了短短十年時間，移動通信技術就從最初的2G升級到3G、4G，而4G技術已遠遠無法滿足公眾的通信需求。在此背景下技術人員研發出5G通信技術，以優化通信網絡的性能。一、5G通信技術的應用場景介紹（一）宏覆蓋增強應用場景。該應用場景中多數頻段為低頻頻段，宏小區的覆蓋范圍可達到半徑為若干千米的區域。不同用戶到基站的路損量有著很大的不同，使得信噪比也有所差異[1]。宏基站會布放很多天線，因此，允許使用大規模天線、非正交傳輸、新型調制編碼等技術。這幾種技術一般能有效共存，換而言之，綜合應用效果明顯優于單個技術分別使用效果的總和。（二）低時延和高可靠場景。低延時與高可靠應用場景是若干個應用中的一致需要。以超精密機械制造過程中不同機器間的通信為例，如果有毫秒級別的延時也可能對產品質量有非常嚴重的影響。對于智能交通系統來說，為了避免在運行過程中發生交通事故，強制要求延時不準超出毫秒級別，且其檢測率也近乎為零。對于該應用場景通常可選擇鏈路自適應技術、終端直通技術。（三）機器間通信場景。就物聯網應用場景而言，最大的問題就是對海量終端數的支持能力，要求各個機器終端成本遠低于普通手機終端成本。與此同時，還要求功耗必須很低，以保證電池能量至少可使用數年。物聯網應用場景的覆蓋十分廣泛，可覆蓋到地下室范圍。在該應用場景中可選擇非正交傳輸技術、控制信令優化技術、窄帶傳輸技術。運用非正交傳輸技術能明顯減少控制信令的開銷，因為該技術對數個終端在同一時間內共同使用無線資源提供支持，并引入競爭機制。控制信令優化技術可大幅減少控制信道的開銷。窄帶傳輸技術能明顯減少設備成本，并拓寬覆蓋范圍[2]。（四）超密集部署。5G通信技術的應用場景主要與密集部署存在關聯，如在辦公室、會議大廳、購物超市等場所中，要求用戶體驗速率不低于1G。可見，通信網絡用戶密度在室內外等典型場所中是非常大的。根據超密集應用場景下的具體應用范圍，把通信網絡劃分為三種：宏小區、微小區、毫微小區。這幾種小區的拓撲形狀表現為較強的多樣性與異構性，同時，在天線高度與增益、信號發射功率等方面各小區也存在明顯的不同。對于超密集應用場景來說，通常可選用無線回傳技術、虛擬小區技術、新型調制編碼技術。就室內應用場景的部署工作分析，為減少小區間的相互干擾，可利用高頻通信技術提高用戶的體驗速率。在大規模天線陣列布設過程中，高頻的短波長特性為其提供了很大的便利。二、5G通信關鍵技術（一）超密集網絡。超密集網絡（UltraDenseNetwork，UDN）具有下列優點：改善網絡覆蓋，從而明顯提高系統容量，并使網絡部署更加靈活[3]。目前，利用小基站加密部署的措施提升空間復用的方法，已成為解決將來5G網絡數據流量上千倍以及用戶體驗速率十倍到百倍提升的重要方案。（二）D2D通信。5G關鍵候選技術是設備到設備通信（Device-to-Device，D2D），它是指兩個對等的用戶節點之間進行直接通信的一種通信方式。此通信技術不用通過基站就能完成終端間的直接通信，進一步拓寬了網絡連接與接入的方式。此外，該技術不僅有高速率、高信道質量、高數據的優點，而且低功耗、低時延。（三）大范圍的MIMO技術。當前，在無線通信領域有一個重要的創新研究項目，即多路輸入多路輸出技術（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）。它是把基站單天線轉換為多天線組成的天線陣列，再將相關傳輸數據分割為多份，借助多重天線進行同步傳輸，其接收端也能獲得多重天線接收信號。一方面能大幅增加信道容量，另一方面也能極大拓寬信號的覆蓋范圍。在4G時代，2X2的MIMO技術能夠獲得2倍容量的增益。在5G時代基站端最多應用256根天線，對其進行二維布設便可實現3D波束成型。與4G時代相比，5G時代將大幅提高信道容量與覆蓋范圍。（四）頻譜共享。頻譜共享是指在時間與空間域中最大限度達到頻譜資源共享的目的，以提升頻譜利用率。借助共享頻譜與非授權頻譜技術可使5G擴展到數個維度，實現更大容量、使用更多頻譜、支持新的部署場景的目的。總之，5G移動通信關鍵技術的運用是推動5G移動通信時代到來的核心環節。不過在具體的應用過程中，5G通信還涉及到很多復雜的先進技術。因此，有必要加強對5G通信技術中的關鍵技術進行研究，同時，可按照不同應用場景的特點，選取合適的技術以確保5G應用效果的最優化。參考文獻：[1]謝躍檜.5G通信技術及其發展探討[J].市場周刊.理論版，2017，（26）：216-2