5G无线通信技术概念及其应用

2021-05-25刘春雨

通信电源技术 2021年24期

刘春雨，盛会

（1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081；2.石家庄麦特达电子科技有限公司，河北石家庄 050051）

0 引言

随着5G技术在商业领域和人们的日常生活、工作当中的应用，可以进一步提升数据传输的安全性、便捷性以及效率。通过布局更为广泛的网络，支持更多的应用程序运行，实现生产的便捷化、智能化以及高效化。结合无线通信内容分析5G无线通信技术概念，并探究该技术在生活、工作中的应用，从而为下一阶段5G移动通信发展与5G技术有效应用奠定坚实的基础。

1 5G无线通信技术概念

5G无线通信技术是基于优化4G通信技术标准、更新技术内容所诞生的移动通信体系，不仅可以使传输数据信息的效率更高，而且还能够结合更为复杂的加密算法保证信息的安全性。其网络布局范围更广，支持应用程序更多，可以进一步丰富人们的生活。通过5G技术的应用实现网络娱乐等不同的目标，构建5G无线通信数据传输生态环境，进一步提高我国通信技术水平，从而带来更多的经济效益[1]。5G信号传输如图1所示。

图1 5G信号传输

2 5G无线通信技术的优缺点

在当前的发展与应用中，5G技术整体优点表现为大带宽、速度提升、应用范围扩大，不仅有利于信息的传播，同时也可以让用户在网络极其拥挤的情况下利用5G组网实现网络信息传输速度提升，以获得更好的网络服务体验。

随着5G技术应用范围的扩大，目前因网络速度过慢、信号不稳定等导致的信息产业发展速度过慢的问题得以解决[2]。但同时5G通信技术的缺点也很明显，即需要更多的基站。由于5G带宽更大、速度更快，因此其要求的5G基站信号发射功率也就越大。5G技术能够支持不同设备同时进行大量数据传输，随着数据量的提升，对基站的数据处理能力、信号接收能力、数据发送能力等都有更高的要求，意味着5G基站的建设成本和运维成本会进一步增加。此外，部署5G设备需要花费大量的时间与精力，对于部分偏远地区来讲，未来还需要等待一段时间才能够使用5G服务。5G通信结构原理如图2所示。

图2 5G通信结构原理

3 5G无线通信技术应用分析

随着5G无线通信技术的发展，现阶段与5G技术相关的技术体系也在不断的完善。

在5G通信网络建设中使用高频传输技术，注重对高频传输资源进行研究开发，不断更新技术内容和技术体系，保障信号传输的完整性、稳定性，提升信号强度，确保信号不会因为高频段传输导致耗能较多，影响信号本身的强度。为进一步提升频谱利用效率，发挥频谱在信息传输中的作用，通过建立巨大的数据矩阵和增加数据服务对象实现空分多址，并在此基础上增加天线数量，保障频谱资源利用率进一步提升。除此之外，还要降低因天线数量增加导致天线安装质量下降问题的影响。通过有效运用垂直方向排列方式，拓展天线信号维度，减少天线之间信号的相互干扰，使信号传输的损耗降到最低[3]。

通过使用多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术，在不增加带宽的情况下，成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率[4]。通过在发送端和接收端之间建立多个信道，提升通信单元之间的独立性，避免无线信号之间的相互干扰，促使信道传输中的数据吞吐量进一步增加。

4 5G技术应用问题总结

5G技术的有效应用能够大幅提升信号传输的稳定性、便捷性以及安全性，但是在实际应用过程中受技术体系不完善、技术内容掌握不完全等因素的影响，各种应用问题不断产生。

目前被应用于实际生活场景中的5G技术主要是提升互联网访问速度、提高数据传输效率，未在5G自动驾驶联动和物联网5G生态系统部署等方面得到充分应用，工业应用场景开发不足。要想充分发挥5G技术的作用，必须在应用环境中建设数量足够的5G基站。此外，5G基站运行起来将会耗费大量的电力资源，这使得5G的运营成本进一步增加[5]。虽然我国的高科技公司已经研发了5G无线通信技术并建立了统一的通信标准，但是并不意味着5G技术体系已经完善。目前，我国5G技术研究领域仍表现出不成熟、不完善的状态[6]。此外，虽然技术主框架的构建已经让5G技术能够实现生活化应用，但是生活场景的选择和应用业务的拓展仍还存在较大的问题[7]。5G技术目前只实现了无线通信领域网络速度提升的目标，在技术发展、优化、应用等方面仍然存在许多问题，包括5G信号强度弱、运营成本较高、部署难度较大等。

5 5G无线通信技术应用优化

为进一步提升5G技术应用有效性，对上述所提出的技术应用问题进行总结并提出一定的优化建议，希望通过这些措施的有效应用为下一阶段5G技术发展起到一定的助推作用，提高我国5G技术的竞争优势。

目前，5G技术主要应用场景是手机无线通信，在一定程度上能够提高手机用户的网络访问体验，提升互联网通信的服务质量，但是过于单一化的使用场景限制了5G技术的发展。为此，需要进一步拓展5G技术应用业务和场景，提升应用范围。以5G生态系统建设为目标，实现5G技术硬件场景的有效应用，提升5G技术应用水平和质量，推动我国在5G应用技术领域的发展[8]。在电网巡查当中，通过5G通信无人机智能化巡检技术的有效应用能够大幅提升电网问题排查的质量和效率。通过在机场应用5G交通监测管理技术，构建智慧交通指挥系统，实现对路交通、对空交通的全局精准可视化预测和高效协同工作，为建设数字化转型智慧机场起到一定的辅助作用。

为进一步降低5G部署成本及运营成本过高导致的5G技术应用困难问题的影响，根据使用需求采取降本增效的措施，尽可能地提高5G技术的应用性价比。在网络部署中，通过解析5G特点与应用场景，适当减少全网5G基站数量，从而降低部署成本和运营成本。此外，也可以按频谱特性与需求选择合适的频率发射5G信号，让不同频段的5G信号在各场景中分别发挥其通信作用，在实现5G场景业务拓宽的前提下进一步达到5G通信分层应用的目标[9]。通过规划5G基站区域建设并分层运行，实现5G技术共享的目标。

为了进一步提升5G应用的有效性，实现5G技术标准内容更新和技术体系的完善，需要进一步加强5G技术的研发[10]。以自主创新的TD-S技术标准为基础，对5G网络的组网技术、通信频率以及业务需求等进行分析拓展，实现5G Rel-17技术标准完善应用和运行。