5G通信技术应用场景及关键技术

2019-12-03黄宗伟

电子技术与软件工程 2019年15期

文/黄宗伟

近些年来，随着信息技术的不断完善，人们的生活发生了翻天覆地的变化。而移动通信技术的进步，出现了越来越高级的通信设备，移动用户数量呈指数式增长，这让移动通信网络感受到了前所未有的压力。短短十年时间，通信技术从2G开始，如今4G已经成熟，但还不能完全满足人们的需求，科研人员正在探索5G通信技术，为了提高通信网络的整体效能。

1 5G通信技术应用场景

1.1 宏覆盖增强应用场景

在宏覆盖增强应用场景中，绝大部频段属于低频频段。对于宏小区来说，它所覆盖的范围比较广，半径可以达到若干千米。而且场景中的用户到基站的路损量存在非常大的差异，这也是信噪比出现差异的原因。一般情况下，会在宏站上布设大量的天线，因此在宏覆盖增强应用场景下，会使用三种不同技术，一种是非正交传输，一种是新型调制编码，还有一种是规模非常大的天线技术。这三种技术之间是可以共存的，所以它们一起使用的效果会非常好，综合使用高于单个技术的效果。

1.2 超密集部署

对于5G技术应用的场景来说，几乎都与超密集部署有一定的关系。举例来说，5G技术可以应用到购物商场之中，也可以应用在会议大厅之中，同时还可以应用到公司办公室等。无论哪个场景，用户的体验速率都应该达到1G以上，由此可知，通信用户的密度在一些典型空间内比较大。超密集应用场景可以根据它所应用的范围划分为不同的小区，通常情况下可以划分为三种类型，一种类型是宏小区，一种类型是微小区，还有一种类型是毫微小区，以上这些小区的拓扑形状主要呈现出两大特性，其中一大特性是多样性，另一大特性是异构性。而且不同小区之间天线高度和增益有一定的差异，不同小区的信号发射频率同样存在很大差异。在超密集应用场景中，可以使用三种不同的技术，一种技术是虚拟小区技术，一种技术是无线回传技术，还有一种技术是新型调制编码技术。对于室内应用场景部署来说，用户体验速率一般都是依靠高频通信应用来实现的，主要是为了避免不同小区之间的干扰。在规模比较大的天线阵列的布设中，高频的短波长属性为天线阵列布设提供了很大便利。

1.3 机器间通信场景

5G技术的应用场景还包含物联网场景，目前物联网应用场景面临很多的问题，在所有问题中最大的问题出现在巨量终端数据的支持能力层面，而且对各个机器终端是有一定要求的，也就是各个机器终端成本要低于普通手机终端，对应用场景同样有要求，就是功率要非常低，确保电池使用的时间比较长一些。除此之外，物联网应用场景所覆盖的范围要非常广，至少要包含地下室，物联网应用场景中可以使用三种不同的技术，一种技术是控制信令优化技术，一种技术是非正交传输技术，还有一种技术是窄带传输技术。非正交传输技术可以支持很多终端在同一时间共同使用无线资源，这种技术的接入还可以采用竞争形式，这种接入方式可以控制信令开销减少很多。窄带传输技术的最大优势在于可以让成本大幅度降低，同时还能够将覆盖范围扩大一些，尽可能减少控制信道的开销。

1.4 低时延和高可靠场景

无论是低时延应用场景，还是高可靠应用场景，它们都是各种不同应用中的共同需要。举例来说，在精密机械制造中，不同机器之间如果在通信上存在延时会对产品质量产生一定影响，即使是毫秒级别的延时也并不例外。在智能交通系统运行中，被强制要求的延时绝对不能超过毫秒，同时它的检测率极其低，甚至会低至零，否则发生交通事故的可能性非常大。在这样的场景中，一般会使用两种不同的技术，其中一种技术是终端直通技术，另一种技术是链路自适应技术。

1.5 uRLLC 型应用场景

对于uRLLC 型应用场景来说，它可以应用到自动驾驶技术之中。在自动驾驶技术中，通信技术的及时性可以明显的体现出来，同时通信技术的可靠性也可以明显的体现出来。尽管5G技术能够应用的场景非常多，但uRLLC 型应用场景是所有应用场景之中优点最多的。我国5G技术最大的优势体现在两方面，一方面是通信技术的高传输性，一方面是通信技术的可靠性。与4G相比较，5G的下载速度是4G的几十倍，在下载过程中它的连续性也比较好，在数据传输过程中，5G能够实现“三个特性”，其中一个特性是即时性，一个特性是可靠性，还有一个特性是高效性，这在一定程度上促进5G场景的实现。

1.6 eMBB 型应用场景

对于eMBB 型应用场景来说，最具有代表性的就是VR技术。VR技术能够最大限度体现宽带的高能需求，在5G技术的所有应用场景中，其中最基本的场景是eMBB。目前5G技术的核心功能主要有三个，一个核心功能是快速，一个核心功能是准确，还有一个核心功能是稳定。5G通信技术在最为基本的场景之中传递的信息既可以体现出快速，同时还能够体现出高效。举例来说，在信息同步展示层面，5G通信比较快，在VR技术展示层面，同样是5G更快，具体来说，在应用场景描述方面，以5G通信技术的下载速度可以在1s 内能够顺利下载一部时长为 2h、容量为 2G 的高清电影。

1.7 mMTC 型应用场景

对于mMTC 型应用场景来说，最具有代表性的案例就是智慧城市，智慧城市可以充分体现出大量的机器通信需求。无论是uRLLC 型应用场景，还是eMBB 型应用场景，它们都是在5G通信技术的微观层面进行分析的，需要强调的是，uRLLC 型应用场景和eMBB 型应用场景都没有强连接功能，只有mMTC 型应用场景有强连接功能。强连接功能不仅可以覆盖消费环节，同时还可以覆盖生产环节，生产环节和消费环节都可以与互联网融合，还可以与物联网和市场融合到一起，最终达到万物互联的目的。使用5G技术可以让智慧城市的路灯进行智能化管理，同时还能够对井盖和路口进行智能化管理，主要是为了让基础交通设备能够顺利运行，并保证交通的稳定性。

2 5G通信技术关键技术

2.1 智能化技术

5G通信技术中最为重要的技术就是智能化。随着科技的飞速发展，智能化产品层出不穷，一些智能化产品的出现让人们的生活更加方便。举例来说，智能家电、扫地机器人等。因此，5G通信技术要想应用到各种智能化产品之中，科研人员需要更辛苦地研究探索。5G通信技术需要建立在云平台的基础之上，在云平台上，各种智能产品之间是存在一定联系的，它们一起构成数据库，重点是这个数据库并不是固定不变的。在大数据背景下，5G技术能够开展的业务非常多，在服务层面也会进行升级，通信服务会更加多样化。

2.2 多天线传输技术

我国的5G技术正在发展之中，多天线传输技术还存在很多问题需要解决，所以多天线传输技术还需要进一步发展。5G技术要想改变多天线传输技术发展比较慢的情况，首先要在源天线上做出一定改变，首先改变的是源天线的列阵，这是为了尽可能提升网络频谱的利用率，使通信成本能够最小，但不影响应用效果。多天线传输技术可以在一定程度上提高通信技术的利用率，因为多天线传输技术拓展了通信网络的覆盖范围。

2.3 同时同频双全工技术

在5G通信技术中，有一项技术可以尽可能避免外界环境的干扰，这项技术就是同时同频双全工技术，这种技术的原理是在接收信号的过程中最大限度消除发射机的干扰信号，它的优势在于提升频谱效率。但这种技术在实际中的应用并不是非常完善，它能够应用的范围非常有限，而且利用率并不是很高，随着5G的不断完善，频谱利用率会有所增加，这会让5G通信技术更加稳定可靠，推动5G技术不断向前发展。

2.4 新型网络构架技术

通信行业正在不断的完善之中，5G技术还需要不断的完善，在通信效率层面需要进一步提升，但还需要注意的是，通信业务的成本需要很好的控制，通信业务成本尽可能低一些。要想通信更加有效率，需要强调的是对通信业务的整合，将所有通信业务整合好之后，还需要增加更多的新业务，而且这些业务是根据社会发展需求进行增加的，这样就可以将网络系统应用到生活的不同领域之中，在这个过程中通过自组织网络实现网络虚拟化。对于自组织网络来说，5G通信技术可以让人们感受非常真实的情境体验，提高通信技术的互动功能。为了进一步表现通信技术的应用优势，需要在无线网络云端将峰值速率与数据结合到一起，使通信质量进一步提升。对于评价网络构架新型网络构架技术来说，它最核心的组成部分是新型网络构架技术。它的优势体现在两方面，其中一方面可以为人们构建新的交付模式，另一方面可以确保计算机存储平台的稳定性。