5G核心技术的应用和发展难题

伍贻轩

【摘要】随着社会经济的发展，5G核心技术将成为未来通信发展的方向。通过通信行业的持续研究，我国5G技术已走在通信技术的前沿，移动技术达到了国家发展的战略水平。5G网络的应用可以满足现阶段社会发展中的多种业务需求，实现网络软件功能和差异化需求。对于网络平台而言，数字化平台的应用，可以连接业务和网络，减轻了传输网的运行压力。5G网络可以提供极限计算，是社会信息化发展的新体现。基于此，本文分析了5G技术应用及发展难题。深入研究5G核心技术，推进移动技术的应用，以此来满足未来社会长远发展需求，成为通信的一大主题，同时也是实现战略强国的主要途径。

【关键词】5G;核心技术;数据处理;应用

中图分类号：G212                                 文献标识码：A                          DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.011.080

5G技术是4G技术的升级。其主要的特点是传输率高和传输稳定性好，可提高数据的安全性和及时性。5G核心技术可用于建设智慧城市和医疗保健，同时也在通信、交通等行业的发展中发挥着重要的作用，是未来通信领域的关键技术。在现代社会的生产生活中，5G技术可以与各行业融合，推动工业向无人化和数字化发展，以此来提升现代生产技术的高效应用。

1. 5G移动通信技术

5G技术是第五代移动通信，5G技术优点是波特率高，在实际运行中具有延迟低，可以实现大量的连接。随着信息网络的发展，通信技术的升级为产业升级发展做出了必要的贡献。5G核心技术的发展，从1G升级到2G，从模拟到数字的过渡。2G到3G的升级是从语音到数据的升级，同时传输速度得到了提升，对于互联网技术也取得良好的发展。4G技术造就了互联网经济，人与人的交流不再受空间的限制。随着5G技术在的逐步应用，新业务、新产业不断涌现，同时数据流量呈指数级增长。截至2021年9月13日，我国已建成全球最大的光纤网络。5G基站和终端连接占全球的70%和80%以上。因此，与4G技术相比，5G数据速率和通信有了明显的提升。

2. 5G通信技术原理及特点

从二代通信到5G通信，通信技术主要以数字信号的应用为主。用于通信电磁波的传播，包括信号发生器和接收器，包括调制和解调步骤。此外，对于无线电磁波与有线电磁波的区别在于，传播的气道具有反射和散射，以此来到达多个目的地。

分析5G通信的关键特性，根据IMT2020对5G的核心要求，未来5G技术至少包括五个方面，分别是高速、高带宽、高可靠性、低时延和低功耗。

2.1 高速率特性

峰值和速率是5G核心技术的三个重要指标。最大速度必须大于20Gbps，即最优条件下的速度;速率是通信系统保持的总速度，通常为单位面积的速度。边缘速率是用户收到最差1/5的速度。通常应该在100Mbps和1Gbps。

2.2 高容量特性

传统的4G一般以手机为基础，连接的终端非常有限。而5G核心技术的应用，可以连接大量的设备，每平方公里支持100万个终端。包括家用电器和便携设备。

2.3 高可靠性特性

超可靠低延迟通信是3GPP第15版的5G标准支持的多种用途之一。许多应用场景需要Urrlc提供端到端的传输安全性和可靠性，同时提供低延迟。

2.4 低延时特性

信息延迟与终端到另一个终端的时间有关。4G时延在50ms左右，对社交影响不大，对互联网上的社交影响不大。但是不适合以光速运动的场景。5G通信端口延迟达到1ms，端对端达到10ms，为系统的响应提供了多种技术支持。

2.5 低能耗特性

传感器和通信设备需要频繁充电，这将对互联网造成运行障碍。5G核心技术将通过优化协议和低功耗特性来解决这一问题。

3. 5G核心网关键技术

3.1 服务架构

5G控制平面，吸收服务架构。服务架构可以重构核心网的架构。对于基础网元，划分为轻量级的独立功能模块。对于服务架构，主要用于网络功能和接口位置。网络功能珍有核心网络功能，同时服务对象具有一定的自主能力，通过接口调用提供网络的高质量维护。在实际应用中，由于简单的接口协议，提高了网络应用的可扩展性。

3.2 控制与转发的分离

4G核心網网关以S-GW和P-GW为主，同时，对于服务覆盖范围也在不断的扩大。提供移动服务后，网络通过eNodeB给运营商。在省会层面，重点是在S-GW附近汇聚业务流量，基于通过移动网络传输，可有效的保证用户的高效上网。此外，5G核心网采用平面控制划分架构，管理层功能可以实现集中管理，有效的保证了传输资源的合理规划。同时，在5G核心技术应用中，还需要注意扁平化功能分析，进而合理的匹配实际应用需求，采用集中式和分布式，保证了网络部署和定位的实际效果。面向服务的架构，意味着控制和退出机制。控制机制包括控制平面和用户平面。控制平面会话控制决定QoS机制的激活，会话控制向UPF发送信息，向AN发送。用户界面通过设备接收控制信息包，RQI涉及数据隧道。AN按照RQI数据，安装接口数据包，包含RQI。通过UE获取RQI数据，保证没有对应的上行。此时，可以创建QoS并同时运行定时器。定义本地上行链路规则并启动定时器。如果启动定时器超时，则删除UE的QoS规则。输出包括控制面和用户面，对于控制层，当不使用SDF的QoS时，使用N4接口去除UPF的RQIO。当收到SDF命令时，不会在参考点标头中设置RQI。

3.3 网络功能虚拟化与切片

切片技术是5G网络技术络的重要技术应用，该技术的应用，可以实现各种场景和业务，可以根据实际应用需求形成科学的网络。5G核心网基于SDN技术，提供核心网硬件和网络功能，同时实现断连，以此来形成不同的功能模块。基于优化组合模块，合理的创建特殊网段。包括接入网和核心网，在不同网段共享资源，还可以合理配置隔离网段的资源。核心网技术的使用包括用户面和控制面。管理层包括服务的架构和用户级架构，基于使用性能要求，注重优化选项。此外，访问无线网络，还需要保持网络的运行质量，避免影响系统的使用容量。以无线网络、架构、无线网络共享、虚拟化为核心，以此实现基础设施的资源共享。当5G技术用于工业端处理时，使用切片技术可以提供工业建设的高质量服务，进而满足网络通道的安全要求。通过时延控制，为工业生产提供信息支持。在实际应用中，在数据基础上进行优化。利用切片民技术可以实现数据的存储，保证数据在网络以管理的形式使用，保证数据传输的安全性。在生产中通过自动化来实现对信息的利用，利用技术进行整合，在数据采集中以快速实现数据驱动的应用。保证宽带接入的效果，将采集到的数据快速分发，使数据得到合理的应用。

3.4 边缘计算

通过边缘计算技术，保证第三方运营商和平台的综合部署效果。当UE连接到接入点时，避免了网络负载和端点延迟，进一步提高了网络传送的速度。在5G网络中，限制计算选择UFP，可以将用户流量传输到网络，以确保服务的连续性，以及对QoS的可靠支持。5G网络具有电磁兼容效应，可以有效的避免时延问题，进一步提升用户使用性能。得益于泄流方式，有效的降低了网络成本和其他成本，实现了互联网络的深度融合。

3.5 MIMO技术

MIMO技术的应用，可应用于无线网络。该技术的应用原理是在无线通信中，发射端和接收端打开维度空间。对于天线数量越多，传输速度就会越高，可以有效的扩大网络覆盖，进一步扩大了系统的容量。此外，对于发射和接收天线的数量不是随意实现的，而是在应用中，需要考虑到与多电缆技术相关的环境、天线。在无线系统中，天线的数量不足以支持5G的数据需求。因此，使用MIMO技术，以此来满足5G网络对数据传输质量的要求。

3.6 纳米核心网技术

纳米核心网是指IP网络、纳米和云计算技术的综合体现。对于纳米技术应用于终端网络芯片，提供移动终端传输的数据速率，同时也是5G核心技术必要的研究。5G网络是与云计算相对应的异构网络，使用云计算可以保证网络运营的统一性。IP技术为5G网络提供平台，纳米网络技术可以为5G网络的发展提供良好的前景，同时也是未来研究关注的焦点。

3.7 超密集异构网络

为了推进应用5G核心技术，需要深入研究以超密集异构为代表的网络技术。随着互联网的全面发展和移动数据流量的增长，同构蜂窝网络已无法应对数据流量的不断增加。5G产生的流量远超移动流量，同质蜂窝网络无法满足5G技术的需求。因此，异构网络的研发已成为技术关注的焦点。异构网络的应用，可以提高5G技术系统带宽和通信质量。超密集异构网络增加部署，在生活场景中安排基站的小型化，以此来有效的减少用户与基站的距离。基于基站缩小的原理，增加了无线网络的信号强度，进一步提高网络更新的速度。同时，也有效的缩短用户与基站的距离，提高系统的频谱效率。

4. 5G技术发展面临的难题

4.1 5G无线基站建设支出较大

与4G基站的建设开发相比，5G基站具有更高的建设单价、更高的频率和带宽。5G技术对传输网络的应用提出了更高的要求。在5G技术工程和布局上，5G基站比4G要困难得多。据工业信息数据网报道，中国4G基站已超过380万个，工程建设投资已达5700亿元，运行时间约5年。同时，5G核心技术的应用，对于5G技术覆盖需要超过600萬个基站，总体投资超过2.3万亿元，是4G基站成本的四倍。

4.2 高频信号衰减较快

基于5G核心技术的应用，需要使用衰减更快的信号。高密度建筑会干扰高频信号的传输，同时还会导致传输变差。当速度达不到预期或大范围时，5G信号传输等于或差于4G。在技术的应用中，尤其是在边境地区，对于信号传输效果将会很差。

4.3 供应链全球化依赖严重

5G核心技术的应用，对于供应链需要基于技术的全球化。从发展到推广，需要基于芯片和手机的研发，也是5G基站的建设。对芯片的依赖严重，芯片包括研发、生产等。在高精密设备中制造芯片时，需要不断发展技术，特别是对精度要求极高的设备，需要利用技术的全球化，以此来实现高精度的加工。

5. 5G移动通信技术的实际应用

5.1 5G移动通信在通信工程中的应用

5G移动技术的应用，在通信项目方面发挥着重要的价值。5G核心技术通信本身具有信息传递快和质量高等优势，保证信息和数据传输的完整性和高可靠性，同时也确保了传输的及时性和全面性，解决了4G技术在通信工程方面的短板，以此来满足不同领域的通信需求，进一步提高了用户使用的满意度，促进了通信工程长期、可持续发展。因此，5G核心技术在通信工程中的应用，实现了终端之间的高效通信，有效的解决数据传输中的距离和空间限制的问题，避免传输过程中的中间节点和完整性等因素的影响。提高了信息传递的速度，减少通信中的资源损失，进一步节省了建设通信的成本。

5.2 5G移动通信技术在物联网通信中的应用

5G核心技术的发展使互联网也得到了快速的应用。与物联网相关的领域有很多，包括工业、农业、医疗、教育、交通和金融。5G技术在应用，可以满足各领域的网络需求，为社会各行业的信息化平台建设提供支撑。由于各领域的现代化发展，对于网络平台的种类呈指数级增长，设备的数量和种类增多。一些特定对通信中信息传输的速度提出了更高的要求。同时，移动通信与互联网之间的连续性更高，并且基于现代化信息技术的发展，呈现出相互促进、共同发展的局面。因此，基于5G核心技术和互联网的融合，使互联网得到了快速的发展。

5.3 5G移动通信技术在云端生活中的应用

5G核心技术的应用，基于云技术、大数据等信息技术的支持，对于通信信息数据实现了实时传输。同时，存储容量的扩大提高了传输和存的稳定性和安全性。因此，5G技术在数据传输中发挥着重要的作用，同时也促进着云计算和云存储的发展。5G技术的快速对云端的应用起到了一定的推动作用。随着5G技术的支持，数据流量的增长，通信速度也得到了不断的提升。云技术支持了新服务在各个领域的存储和扩展，并快速的促进了各行业的创新发展。基于信息时代的技术应用，5G技术的应用为云技术的研发提供了必要的技术支撑，为信息技术的发展做出了一定的贡献。随着云技术的发展，在业务上必然会对网络提出更高的要求，需要保证超低时延，通过超宽带来满足需求。为了以极小的延迟实施技术的使用，保证5G核心网的能够满足云技术的应用，可以利用技术优势满足应用场景的需求，通过使用软件加速解决，通过技术特性、批处理的逻辑任务，进一步提高信息处理能力，通过5G核心技术的使用，不断提高信息处理的速度，以此来满足应用需求。在应用技术中，凭借生产力实现超低延迟，利用技术的特性来满足自动化生产和控制的要求。

5.4 5G移动通信技术在人工智能领域的应用

由于5G基础设施的推广和使用，人工智能发展迅速。5G技术在实际应用中具有诸多优势，例如低延迟和广泛的连接。5G可以实现在短时间内得到广泛应用，基于人工智能技术已应用于现代化社会各领域的发展，进一步助力城市智能化建设。人工智能+5G技术改变了人机交互，同时进一步扩展了人工智能的应用场景，基于5G和AI的虚拟元素，可轻松融入新的数字世界。5G核心技术在AR/MR信息交互方面的应用，加速了云端与终端的边界，同时也增加多人交互的合作可能性。

6. 结语

综上所述，5G时代背景下，互联网也得到了快速的发展。基于5G核心技术提供的多种服务，进一步提高了智能物聯网的发展。5G通信的应用促进了物联网和互联网技术的发展。5G技术有助于将两者结合，为现代化的生活和生产带来新的方式。5G核心技术是社会进步的重要基石，在未来的应用中，必将得到快速的发展和应用。

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