5G网络关键技术及应用场景研究

◆黄 颖 曾昭山

(1.中国移动通信集团设计院有限公司 北京 100080， 2.中国移动通信集团设计院有限公司 北京 100080 )

随着人类信息化进程的不断加快，移动通信网络的用户量和业务量均呈现出了爆炸性的增长趋势，网络技术迎来了全新的发展机遇和挑战。与传统的4G网络相比，5G网络具有更高速率的带宽接入能力，可在所有物联网设备中实现互联，且支持低成本和大规模的介入管理，能有效满足当前社会形势下人类在沟通交流、远程控制以及办理业务等方面的需求。例如，可通过将 5G网络技术运用于医疗保健、智能通信、远程教育以及物联网业务办理等领域，在缩减人工成本的同时提升上述领域的工作质量和工作效率。综上所述，研究5G网络关键技术及应用场景这一课题，具有十分重要的意义。

1 5G网络关键技术简介

（1）智能化技术

智能化技术是5G网络中最重要、最关键的技术。随着科学技术的发展，运用于人类生活和工作中的智能化产品也在不断增多，而5G网络为了帮助人类更加便捷、高效地管理这些智能化产品，运用了大量的智能化技术。例如，由于各种智能产品在云平台上存在着一定的联系，所以，5G网络以云平台为基础，在这些智能化的产品之间构建起一个庞大的数据库，且该数据库会根据智能化产品的变化做出相应的调整，能最大限度地满足人类管理和使用智能化产品的需求。此外，5G网络还充分运用大数据这一资源开展业务，有效地丰富了该技术的覆盖业务和服务能力，为医疗卫生、建筑工程、教育等领域实现远程办公提供了强有力的技术支持。

（2）多天线传输技术

现阶段，我国的5G网络的研制工作已取得突破性的进展，但是，天线传输技术却成为制约5G网络大面积推广和使用的技术瓶颈，为更好地控制5G网络前期的成本投入，研发者们成功地将多天线传输技术运用到5G网络中，在很大程度上提升了网络频谱的运用率。例如，通过改变源天线列阵的方式，减少了频谱在传输过程中的消耗量，有效解决了5G网络需要使用大量频谱的技术难题。此外，多天线传输技术的运用，还能增强5G网络的覆盖范围，减少5G网络基站的建设数量，在缩减工作量的同时，降低5G网络建设成本，增强电信运营商盈利能力和市场竞争能力等目的。

（3）同时同频双全工技术

将同时同频双全工技术运用于5G 网络中，能最大限度地减少外界环境因素对5G网络通信质量的影响，该技术的作用是在接收信号的同时消除发射机干扰信号对通信质量的影响，可有效增强频谱的使用效率。然而，在实际运用的同时同频双全工技术的过程中，受技术条件的制约，其应用范围还相对局限，且利用效率极低，我们必须在今后的工作中不断完善该技术，在提升频谱利用效率的同时增加5G网络的稳定性，充分发挥该技术在提升5G网络整体运行性能方面的作用。

2 5G通信技术应用场景

（1）宏覆盖增强应用场景

宏覆盖增强应用场景中的大部频段都是低频频段。就宏小区而言，它具有极强的覆盖范围，覆盖半径可达到几千米或十几千米。但是，场景内的用户到基站的距离是不一致的，因此，网络信号在传输的过程中产生的线损量会存在巨大的差异，所出现的信噪比也会有所不同。在传统的网络系统中，电信运营商会通过在宏站上布设大量天线的方式解决这一问题。而5G网络系统则同时使用了非正交传输、新型调制编码以及大规模天线等技术运用在宏覆盖增强应用场景中，有效解决了传统通信网络系统中部分用户信号质量差的问题。

（2）超密集部署应用场景

5G网络中的大部分应用场景都与超密集部署应用场景之间存在联系。例如，5G网络技术可以被运用到购物商场、会议大厅以及公司办公业务等领域中，而无论是在那种应用场景中，用户的使用速率都能保持在1G以上。这主要是因为超密集应用场景可以依据用户使用网络的情况将其划分为不同的小区，并提供与其需求相对应的通信质量，而且小区信号发射频率的不同，也会导致小区之间的天线高度和增益效果产生差异。超密集部署应用场景使用到的技术有虚拟小区技术、无线回传技术以及新型调制编码技术。对于室内应用场景部署而言，主要是用更高频谱的通信满足用户的体验速率，以便于可以防止不同小区之间的信号产生干扰。此外，高频短波长特有的属性为5G网络系统天线列阵布设提供了有利条件，能完成大规模的天线列阵布设工作。

（3）物联网应用场景

物联网应用场景是5G 网络系统的主要应用场景之一，但是，就目前而言，物联网应用场景依然面临着诸多的问题，其中最大的问题就是巨量终端数据的处理能力不足。在对终端数据进行处理时，需要确保各及其终端的成本低于普通手机端，既只能处理功率相对较低的终端数据，只有这样才能有效增强电池的使用时间。除此之外，物联网应用场景涵盖的范围十分广泛，通常包括地下室、偏远山区以及建筑群等区域，为有效增强5G网络系统处理巨量终端数据的能力，在该网络中运用了控制信令优化技术、非正交传输技术以及窄带传输技术。其中非正交传输技术的运用，解决了大量终端在同一时间段使用无线资源的难题，可支持多个终端共同使用无线资源。而窄带传输技术的最大优势则是大幅度降低5G网络系统的运营成本，增加其信号的覆盖范围，降低控制信道的建设成本。

（4）低时延和高可靠场景

对于智能交通系统而言，其在运行过程中被强制要求的延时需要控制在毫秒范围内，且检测率不能过高，否则就会出现交通事故。为有效解决此类应用场景中出现的问题，5G网络系统采用了终端直通技术和链路自适应技术。在很大程度上提升了信号传输的可靠性和时效性，传输速度接近于0。

（5）eMBB型应用场景

在eMBB型应用场景中，最具有代表性的是VR 技术。VR技术对带宽的需求非常高。而eMBB型应用场景作为5G网络系统的最基本应用场景，如何解决eMBB型应用场景应用场景对带宽的需求，成为制约 5G网络发展的必经之路。当前，5G 网络系统具备量快速、准确以及稳定等核心功能，可全面满足e MBB型应用场景对带宽的需求。主要表现在以下几个方面：首先，传输速率快。5G 网络通信技术能在最基本的场景中快速、高效的传递信息，能够将动画、声音以及图像等信息在短时间内传递到e MBB型应用场景。其次，下载速率快。5G网络下载速率较传统的4G网络相比，增加了十几倍甚至几十倍。例如，在5G网络下，下载一部容量为2G，时长为2h的高清电影仅仅需要1s的时间。

3 结束语

从上文所论述的内容中我们不难看出，随着先进科学技术的运用和通信事业的发展，我国5G网络的研发和建设工作已取得了突破性的进展。但是，受用户对流量使用量需求量日益增加、智能化产品日益普及以及物联网业务持续发展等因素的影响，我国现阶段建设5G网络的速度依然无法全面满足消费者的需求。身为移动通信领域工作人员的我们，只有在今后的工作中不断总结和积累工作经验，积极完善自身的专业知识和工作能力，才能及时发现制约5G网络发展的原因所在，并采取行之有效的措施加以完善，为我国移动通信事业的发展提供充足的人力资源保障。