新时期5G无线通信技术发展跟踪与应用

刘菁昊 贾凤阁 杨秋实

（北京机械工业自动化研究所有限公司 北京市 100120）

当前，4G 无线通信技术已经在全国推广开来，其得到了广泛的应用。就4G 技术的便捷性而言，5G 无线通信技术可能会对人们的生活方式造成翻天覆地的变化。当前的5G 技术大多已逐渐成熟，其特点是数据传输速率高，成本降低并且支持众多设备的连接。这些功能将满足5G 技术在各个领域的应用，并为某些行业提供帮助技术上的支持，进一步促进了社会发展。在不久的未来，人们将全面进入5G 的时代。

1 5G无线通信技术概述

5G 时代的到来奠定了数字信息化技术的基础。5G 无线通信技术的发展极大地提高了信息传输的速度和质量。5G 无线网络的最大传输速度高达10Gb/s，下载一个1080p 高清电影仅仅需要几秒钟。此外，使用5G 技术还不仅限于计算机和手机，还包括智能家居的方向。

5G 无线通信技术的原理是光速等于波长乘以频率。过去的有线通信技术为了确保远距离信息传输的速度和质量，需要进一步分析空气中的影响因素。而5G 无线通信技术的传输使用了超高频的电磁波。由于波的频率很高，因此传输速度快，所以5G 无线通信技术的商业应用需要进一步的评估。但虽然高频波长短，但是在传播过程中容易发生故障，并被建筑物影响的概率也更大。因此，5G技术的应用应该增加5G 基站的数量。5G 技术的未来发展仍面临许多人挑战，许多问题也需要解决，但这不会阻止未来的5G技术开发。

5G 技术是无线通信技术的最新成果，它彻底吸取了过去几代无线通信技术积累的经验和优势，并且过去存在主要缺点已经得到改正，因此将给用户带来更好的使用体验。5G 无线通信技术的优势除了过去几代技术的优势外，还做到了与最新的智能化与自动化技术相融合。在5G时代，人们对于无线通信技术的期望将得到满足，用户的通信以及使用体验将更加的人性化，有了更加有效的沟通效果，使人们的生活更轻松，生产力更高。无线通信技术的进步将使国家和社会受益匪浅。

2 5G无线通信技术的应用现状

2.1 国内应用现状

5G 物联网数据传输系统由5G 通讯模块与5G 云组网而成，提供各种设备的数据采集和通信服务。5G 物联网数据传输功能是将分散在场馆内的终端上传信息进行采集、传输、汇集、处理，通过运营商基站回传至信息中心，经过分包处理后分发给相应的异地子客户端，可在短时间内在全球获取终端数据的信息，是一种基于5G 通讯技术的新型实时数据收发系统。

5G 物联网数据传输系统主要针对数据传输业务，解决传感层数据接入问题，具有时延低、实时性高、传输速率高等主要特点，在环境保护监、地震监测预报、森林防护、海洋监测、大中型水情测报、气象预报、油气田、油气管道网、农业、铁路、公路、航运交通管理、地区间联络、野生动物保护等行业提供全球范围内的数据通信服务。可广泛应用于航空、海事、林业、地震、水利、环保、气象的领域，提供全天时、全天候数据采集及通信服务，全面提高行业用户信息化水平，极大满足各类人群的个性化需求。

目前，我国的5G 技术研究团队主要包括华为技术有限公司和中国移动通信集团，美国的高通集团和韩国的三星集团也有相关的技术研究。但是，中国在研究5G通信技术方面取得了比较好的成绩，它们主要体现在以下技术中：

2.1.1 高频通信传输技术

近年来，由于互联网技术的兴起，中国互联网用户呈现爆炸性增长。互联网需求已有更大的需求。面对更多的用户，对于信息数据传输的传输速度与质量也面临更大的挑战。当前的5G 高频通信技术可以有效解决波特率低的问题。这项技术也是广大用户对于5G 技术最直观的感觉。但是，这项技术的开发仍在进行中，该技术也仍存在缺点，比如有时数据传输不够稳定，并且传输需要的消费成本过高等，这是当今5G 高频通信技术迫切需要解决的问题。

2.1.2 密集网络通信技术

无线网络是当前人们日常必须的技术，5G 通信技术的集成也可以克服其发展中的许多问题。但是，5G 无线通信技术的发展可以为无线网络的后续发展克服许多障碍。例如，如果用户位于某些人口稠密的住宅区，各用户对于数据的传输要求各不相同，无线网络必须根据实际情况执行适当的数据传输。密集网络通信技术可以满足此要求，它可以创建大量低功耗节点，因此热点的数量和质量已得到明显改善。这对于人口稠密的地区无线网络的需求问题有很好的解决方案。但是，和高频传输通信技术一样，在现阶段，该技术在仍存在一定的缺陷，即在应用过程中，网络密度增加，也会造成数据传输干扰，这是该技术中一个更为突出的问题。

2.1.3 D2D 通信技术

传统的无线信号传播应该在基站中间进行传播，并限制在一定范围内。D2D 通信技术数据直接在终端之间分配，而不通过基站发送。这项技术有效地减轻了基站的负担，并节省并改善了数据的传输时间，同时信息数据的传输效率将大大提高，基站和其他设施的建设成本也会降低。结合起来看，D2D 通信技术将在未来成为流行的技术。

2.1.4 新型多天线传输通信技术

使用传统的通信技术，将会面临着很高的服务压力和破坏性干扰。在很多的情况下，无线通信的质量也会受到很大影响，这是旧的无线技术面临的最大问题之一。在新型的多天线传输通信技术取得重大突破之后，找到了解决这些问题的方法。首先，关于一些杂波对于通信信息的干扰，可以通过加强接收和发送信息的强度来加强信息的抗干扰能力。多输入多输出天线的开发可以解决许多问题，并进一步改善信息的传输提高网络连接的连接速率。如果在用户社区大量安装具有改进的轨道天线技术的MIMO 天线，就可以有效提高电话通信的质量和速度，但是这种发展存在局限性，随着这种类型的下行链路基站，有望采用新的电信技术。换句话说，可以增加许多移动天线，最多八根。如今，许多新的通信技术正面临着技术上的局限，但是，可以通过增强信号强度来解决此问题，系统的性能将大大提高，通信的效率也会提高。

2.2 国外应用现状

当前，国外越来越关注5G 技术的使用和发展，呈现出与我国截然不同的特点。在国外，5G 无线通信技术的使用具有清晰的点状分布特点。意味着大多数外部通信事件仍使用4G 通信技术，只有少数地区进行5G 的发展，这在一些大城市更为普遍。

在韩国，日本和美国，5G 技术这一先进的通信技术在技术的研究中，与其他国家不同，这些发达国家往往呈现5G 技术的面状分布。通常情况下，不专注于将资源集中在一种或多种技术上，而是更加侧重于整体优化，更新和应用程序技术。例如，韩国三大运营商SK，KT 和LGU+同时在韩国部分地区推出了5G 服务，并分别选拔了技术人员并分配了资金。根据当今自身的技术优势寻求参与和进步。一方面，韩国本身通信需求有限，其运营商尝试与对等方合作，以达到抢占国外市场的目的；另一方面，不同运营商的技术优势不同。在融合发展的模式下，将以各种方式帮助推动5G 技术的进步，这对国家通信技术和产业的发展具有积极影响。

3 5G无线通信技术的未来应用趋势

从趋势的角度看，新时代5G 无线通信技术的发展主要强度三个方向，即抗干扰，高稳定性和高效率。抗干扰意味着在5G 技术下，通信活动可以更有效地处理其他电磁信号。类似带宽的信号，谐波和其他计划外的磁场（例如金属矿井）以提高信号的可读性。目前，我国使用通信信号复用技术来进行信号的抗干扰处理，它采用了最为广泛的操作用于将信号聚焦在不同的通信条件上，使得通信信号出出于更理想的频道中，之后会进行降噪和净化，效果是可以接受的，但是它不能从根本上解决干扰源的损坏。一些美国科学家提出了高频通信模型，这样，将频率明显高于常规频段的信号用于信息传输，可以防止来自类似频带信号的干扰。但是，此模式要求大量的通信设备到终端进行转换，因此需要非常昂贵的成本，仍然缺乏可行性。在5G 无线通信技术的通信效率方面，不同国家的研究进展相对有限。现阶段的5G 技术还不能达到实验室交流水平并且影响因素具有多样性，这意味着要想尝试充分利用5G 技术，需要通过大范围以及系统化的通信结构改进与转换，但是这需要大量的资金投入。现阶段，市场尚未完全形成，在这种情况下，几乎所有的国家都未进行全面的贸易转型[1]。

对于5G 无线通信技术的未来应用趋势，5G 电信技术的价值已逐渐得到认可。可以逐步使得用户群体的数量扩大，但是在群组类别方面，仍然可以保持稳定。对于各个群体类别，个人用户，公司协会和机关单位是5G 无线通信技术的主要应用群体。其中，个人用户较为分散，但是电信服务的总数很大并且分布在中国不同地区，商业协会对于5G 无线通信技术的需求较为稳定，一些大型公司通常会优先考虑技术业务中的技术变革，而中小型企业并通常都会缺乏所需的大量信息，并且不断变化的技术和使用往往是一大问题。政府机构对5G 无线通信技术的使用有所差异。部分数据信息需要有大量的交互与处理，导致部分单位会尝试改善技术，例如医院[2]。

4 新时期5G无线通信技术的应用分析

4.1 数字货币上的5G技术应用

自比特币问世以来，世界范围内各种各样的数字货币层出不穷。中国人民银行行长周小川曾在2018年表示，中国计划推出属于自己的数字货币。因为5G 技术数据传输安全性极高，并且传输速度极快，如果将5G 技术应用于数字货币交易中，不但能使数字货币交换的效率增加数千倍，同时扩大了数字货币的交易范围，最终数字货币的交易范围将覆盖全球，为人们数字货币交易的安全与隐私提供了保障，将货币流通成本和发行成本降低到零[3]。

4.2 在云计算、大数据领域应用5G技术

统计数据表明，仅2018年，全球生成信息数据总量已经超过过去几年数据量总和。因此，我们已经不如大数据时代。5G 无线通信技术可以帮助人们在短时间内输入、处理、传输和输出数据，帮助人们在数据量繁多的环境下依然可以及时通信。

此外，5G 无线通信技术同样适用于云计算。众所周知，云计算需要在线上实现大量的数据计算，只有计算速度达到每秒十万亿次才能够帮助人们顺利计算。如果将5G 无线通信技术应用到云计算中，则云计算的可靠性和稳定性将提升，同时防止了数据泄漏，进一步提高了云计算的速度[4]。

4.3 在医疗领域应用5G技术

广大的医疗工作者长期以来被我国医疗资源匮乏，医疗机构分布不均的情况所困扰着。如果在医疗领域应用5G 无线通信技术，则通过5G 极其迅速的传输速度可以及时的帮助患者于医生在网上交流，全国各地医院的年轻实习生也可以通过使用5G 技术参与在线医疗保健并学习医疗经验。前线的科研工作者也在致力于将工业智能，5G 技术和物联网结合起来，在全国范围内构建医疗互联网，达到24 小时看病的效果，从而彻底解决我国“看病难”的问题[5]。

4.4 5G技术在安卓系统中的应用

安卓系统中，源代码是开放可修改的。我们日常使用的手机、平板电脑等电子产品大多使用安卓系统。应用程序框架，系统核心层和应用程序，存储时间和系统运行时间是安卓系统的4 层分层体系。将5G 技术应用到安卓系统中，可以在系统的核心层将硬盘与终端同步，大量节约了终端的系统内存，使得安卓手机的系统安全性得到了显着提高。

5 结束语

综上所述，在新时代，5G 无线通信技术的发展和应用具有非常广阔的前景。5G 技术的开发和应用对于众多领域的发展具有非常重要的意义。目前，虽然我国一些地区已经实现了5G 技术的初步使用，发展状况较为良好，但是仍然具有一些技术上的缺陷。国外对5G 技术的使用具有点缀特征，其发展依据不同城市分布而不同。对于5G 无线通信技术的未来发展趋势，5G 无线通信技术的发展将更加关注干扰，高稳定性和高效率。在未来，我国需要急切解决5G 技术的一些缺陷，尽早实现5G 技术的全面推广，为我国通信行业发展做出贡献。