5G 通信技术应用场景与关键技术分析

徐博文，丁明玲，孙 震

（中国电信股份有限公司研究院，广东 广州 510630）

0 引言

随着生活水平的不断提高，人们对通信质量的要求也逐步提高。与传统通信技术相比，5G 通信技术在各方面都有了较大的提升，为用户提供了更好的体验，更高的带宽以及更丰富的服务。本文对5G 通信技术的应用场景及关键技术进行了分析，为更全面的掌握5G 技术要点提供参考。

1 5G 通信技术的特征

1.1 拓展性

5G 通信技术是新一代蜂窝移动通信技术，是在4G的基础上进行了创新和完善。5G 技术具备带宽高、传输速度快、移动性好、数据传输延迟小、区域通信能力好等优点，能够满足不同用户在不同区域的使用需求，提升用户感知。

1.2 节能性

传统的通信技术需要为每一个实际使用者建立独立的信息处理网络，效率低且难以有效利用资源。5G 通信技术有效地改善了上述不足，通过高效地构建信息组织网，提高了信息交换的能力以及资源利用率。此外，为了降低运营商成本，5G 通信组网的能耗都控制在较低的水平，从而在不影响通信效果的情况下，降低能耗。

1.3 可靠性

5G 通信技术的推广使用，使得同时满足同一区域大量用户的使用需求成为了可能，用户的体验度得到了提升。为实现上述功能，运营商投入了大量的资源构建通信网络，并积极将科研成果运用到通信技术的革新中，确保了5G 通信网络具备可观的系统容量，实现了网络信息的稳定传输，从而保证了海量用户的使用需求，提升了通信网络的可靠性[1]。

2 5G 通信技术应用场景分析

相对于前几代通信技术，5G 通信网络在传输速度、通信质量、传输时延等方面都有了较大的提升，提供了更好的用户体验，实现了三网合一，满足了物联网对信息交换的需求。随着移动技术的发展，拥有强大功能的移动通信终端逐渐普及，在商业区、办公楼等人员密集地区，容易形成高容量的热点区域。通信网络需要在短时间内为该区域内的所有使用者提供便捷、快速以及高质量的网络服务，满足用户的需求。然而，前几代的通信网络由于架构不够成熟、传输速率不快，导致在上述应用场景下，通信网络速度十分缓慢，用户难以获得高质量的服务体验[2]。而5G 通信技术可以实现连续广域覆盖，确保热点区域的用户能够快速获取信息。除此之外，5G 网络高速率，低时延的特性，为用户提供了更好的服务，也为后续物联网的构建提供了坚实的基础。

3 5G 关键技术研究

5G 通信技术涉及多项关键技术，充分了解5G 通信技术的技术参数、主要类型、使用特点等，为技术的实践及应用提供可靠的知识储备，确保5G 关键技术的优势得以充分发挥。

3.1 大规模MIMO 技术

为了提升通信网络的无线传输能力，5G 通信技术利用大规模MIMO 技术，提升通信网络的信息收发能力，从而有效降低信息传输的时延，提升数据传输的稳定性，提高用户满意度。

大规模MIMO 技术具备很多优势，包括以下几点：首先，大规模MIMO 技术可以在不改变频谱宽度的情况下，大幅提升通信网络的信道容量，有效提升信道容量利用率，从而构建完整的5G 通信系统。其次，大规模MIMO 技术能够有效弥补传统通信系统在频谱带宽方面的不足，减少运营成本，提升通信系统的可靠性。最后，在通信系统的天线方面，大规模MIMO 技术依托于先进的有源天线单元技术，并利用天线单元的科学编码，使得其可以在垂直方向上实施动态波束赋形，提升了天线的数据传输质量以及效率，扩大了信号的覆盖范围，有效地提升了通信能力。与此同时，信号范围的扩大意味着对信号基站的需求减少，降低建设成本，节约资源，为通信企业的经济效益良好发展提供了可能[3]。

3.2 超密集组网技术

通常来说，超密集组网技术是利用增加基站密度，尤其是建设大量的小型通信基站来实现，从而达到高效的频率复用，形成完善的通信机制。近年来，超密集组网技术得到了良好的发展，其已经形成了一系列成熟的技术，包括无限物理技术以及虚拟层技术。在无限物理技术的支持下，5G 通信网络的频谱带宽使用效果得到了有效的提高，加强了通信网络的热点强度以及通信质量，扩大了通信网络的覆盖范围，扩充了5G 通信网络的系统容量，从而满足任何热点应用场景下的用户使用需求。

虚拟层技术与物理技术不同，其更多的是网络层面上的优化，依托于单层实体通信系统，进行多层网络的虚拟数据处理。通信基站以单层实体网络为依托，以宏基站为平台，构建其虚拟网络体系，实现高效运行。实体基站作为实体层的承载平台，负责对所有的通信数据进行管理。在虚拟层技术的支持下，通信企业可以实现对5G 通信网络的动态管控，根据用户的实际需求，灵活调整资源分配情况，实现资源利用的最优化，避免出现部分区域由于资源分配不及时导致的网络速度缓慢，通信效果不佳，保证了用户的服务质量。

3.3 网络切片技术

5G 通信的网络切片技术包括软件定义网络（SDN）以及网络功能虚拟化技术（NFV）两类。软件定义网络是实现网络结构虚拟化的一种，利用核心技术将网络设备的控制面与数据面分离开来，降低了网络架构的复杂度，提升了网络管理水平，促进了通信网络智能化建设。在前几代的通信网络架构中，技术人员需要根据实际情况调整网络结构，一旦出现全新的需求，技术人员就需要重新对通信网络中的各项参数进行设定，调整时间长且难度大。SDN 技术的应用在一定程度上缓解了上述问题，技术人员可以利用SDN 技术，对通信网络中的相关参数进行快速的修正，及时地满足用户需求，提升了通信网络的服务水平以及灵活性。

网络功能虚拟化技术是指通过对系统进行虚拟化处理，降低硬件系统规模过大对日常维护造成的巨大压力。NFV 技术以云服务器为依托，利用虚拟机技术对通信系统进行虚拟化，使得系统的技术难度大幅下降，并可以根据用户需求，灵活的调整系统参数，改善系统架构，提升服务水平。近年来，大数据、云计算等信息化技术得到了长足发展，在这些技术的帮助下，NFV 可以在单一的物理服务器上部署，从而实现了在提升效率的同时，降低了运营成本和压力。除此之外，NFC 技术的实施，有助于通信网络系统中故障的及时排查，降低了未来系统升级和优化的工作难度[4]。

3.4 边缘计算技术

边缘计算技术作为5G 通信网络的关键技术之一，是指在网络边缘提供运算和存储单元，从而实现快速处理数据的技术方法。传统的无线通信网络的运行复杂，先要将数据从基站传递到业务平台，经过若干网络单元处理及转发，用户才能通过无线网络将所需的数据下载下来，整个环节耗时长，延迟高，对网络的质量也有较高的要求。当今社会人们对无线网络的要求日益提高，传输速率的缓慢以及高时延都会导致用户满意度的下降。因此，边缘计算技术的重要性日益凸显。通过网络边缘提供电信级的运算和存储资源，业务处理本地化，从而实现了传输速率的提升，让大规模数据的及时处理成为了可能。除此之外，边缘计算技术的应用使得5G无线网络的质量和效率得到了有效的提升，减少了核心网设备的传输压力，改善了无线网络管道化的现状，从而实现了构建快速、便捷、安全的通信网络系统的目标。

4 结束语

随着科学的进步，人们对生活质量要求的不断提高，推广5G 通信技术是大势所趋。5G 通信网络的构建与完善，将会对我国的社会和经济发展产生积极的影响。为了加快5G 通信技术的战略布局，实现通信网络的商业化，技术人员应该积极分析5G 通信技术的应用场景，充分理解5G 通信技术的技术细节，从而为未来的技术革新和优化打下坚实的基础。