5G 移动通信技术在通信工程中的运用研究

2024-06-08郑硕超

通信电源技术 2024年6期

郑硕超，高衡，王显

（三维通信股份有限公司，浙江杭州 310053）

0 引言

5G 移动通信技术是对前一代通信技术的升级，旨在满足日益增长的移动通信需求，提供更高的数据传输速率和更大的网络容量，进而支持高清视频、虚拟现实等技术的运用。同时，能实现更低的通信延迟，同步连接大量设备，满足物联网的需求。5G 移动通信技术具有低时延和高可靠性的特点，使其在自动化生产、远程操作等方面具有巨大潜力，助力社会产业转型升级。

1 5G 移动通信关键技术

1.1 数字蜂窝网络

在5G 移动通信技术中，数字蜂窝网络是其中一个关键技术，它可以实现数据的高速传输、低时延和多设备连接等作用。数字蜂窝网络通过采用毫米波通信、大规模天线阵列、多连接技术、网络切片以及小区间干扰协同抑制等技术，为5G 网络提供更高的性能和灵活性，促进移动通信领域的创新与发展。第一，通过利用毫米波通信，数字蜂窝网络能够实现更高的数据吞吐量，从而保证数据传输更高速。第二，大规模天线阵列能够帮助5G 移动通信技术在传输中克服传播障碍，提高网络覆盖范围和信号质量。第三，通过多连接技术，数字蜂窝网络可以更灵活地适应复杂的通信环境，提供更强大的网络性能[1]。第四，通过网络切片，数字蜂窝网络可以为不同的信息软件提供定制化的网络服务，实现更精细化的网络资源分配。数字蜂窝网络作为5G 移动通信的关键技术之一，使移动通信能够达到高速、低时延、大连接数等效果，推动了移动通信网络的发展和升级。

1.2 波束聚合技术

波束聚合技术是一种利用多个信号通道所形成的通信波束技术，旨在提高信号的定向性和传输效率，从而实现更可靠和高速的通信。同时利用多个信号通道，将传输能量集中到特定的方向，从而增强信号的强度和质量。这种技术可以使通信系统在指定方向上具有更高的数据传输效率，并扩大通信覆盖范围。通过调整天线阵列中每个信号通道的相位和振幅，从而形成传输波束，提升信号的定向性和传输效率。在移动通信中，随着用户移动或环境变化，波束聚合技术能够动态调整传输波束的方向，以保持最佳的通信质量。有效扩大通信系统的覆盖范围，同时降低通信的干扰和能耗，为5G 移动通信系统提供了更可靠和高效的通信方式。此外，在5G 移动通信中，应用波束聚合技术，可以使网络更好地应对高速移动和复杂环境，让用户的通信需求得到满足，为用户提供更稳定、更快速的通信体验。

2 5G 移动通信技术在通信工程中的具体运用

2.1 以基站为中心，实现通信转接

在通信工程中，5G 移动通信技术是其一个重要分支，应用时要以基站为中心，实现通信转接。基站在网络中起着关键的作用，负责管理和转接通信流量，以确保用户间实现有效通信。首先，在5G 网络中，基站通常会被部署在各种地理位置，如城市中心、郊区、乡村地区等，通过多位置部署基站，可以确保网络覆盖范围广泛，并为用户提供稳定的通信服务。其次，基站在通信转接方面起到关键的作用，当移动用户进行通信时，基站负责接收和转发通信数据，确保数据能够在网络中流动，最终传输至目标用户。再次，基站通过信号处理技术对接收到的信号进行处理和解码，以确保数据传输的准确性和完整性，主要是采用解码调制、误码率检测、信道编码等步骤，对通信信号进行处理[2]。最后，基站负责对接入网络的用户进行控制和管理，通过识别技术，验证用户身份，并对用户分配资源，以确保网络资源得到有效利用，为用户提供良好的通信质量。此外，基站在网络优化方面扮演着重要角色，它可以通过调整天线方向、功率控制、频谱分配等方式来优化网络性能，提高通信质量和覆盖范围。随着现在移动用户的增加，为优化移动通信信号，那么基站就需要实时管理用户的位置信息，以确保用户在移动过程中，可以实现通信的连续性和稳定性。基站作为5G移动通信网络中的关键节点，承担着多项重要任务，包括通信转接、信号处理、接入控制、网络优化以及移动性管理等，以确保网络的稳定运行，提升用户体验。

2.2 加强智能化数据处理

在通信工程中，5G 移动通信技术的应用让社会各行业的数据传输速度得到提升，增强社会智能化水平。在应用5G 移动通信技术的时候，需要加强智能化数据处理，以更有效地应对比较复杂的通信场景。通过在基站或网络边缘部署移动通信资源，5G 移动通信系统可以实现更快速的数据处理和决策，进而降低时间延迟，提升响应速度，为信息软件提供移动通信保障。例如，在车辆中应用5G 移动通信技术，就可以达到智能车辆的效果。利用机器学习和人工智能技术，5G 网络可以对相应数据进行智能化的分析和预测，如开展用户行为预测、网络拥塞预测等，以优化资源分配，为用户提供更个性化的服务[3]。通过智能调度算法，5G 基站可以根据实时网络状况和用户需求，动态分配网络资源，有助于提高网络容量、降低干扰，并优化通信质量。

智能化数据处理可以用于实时监测的领域中，通过对网络数据进行实时检测，及时发现其出现的异常行为，然后系统就可以通过智能化数据处理技术，对异常行为进行分析、防护以及反击，进而提高网络的安全性和稳定性。5G 移动通信系统采用自组织网络技术，通过智能算法实现网络的自动配置、优化和修复，就能够大大减少人工干预，提高网络的自适应性和可管理性。此外，智能化数据处理也可以用于优化网络切片，根据应用需求和服务质量来及时调整网络资源，为用户提供更灵活、定制化的服务。综合而言，通过加强智能化数据处理，5G 移动通信技术可以更好地应对不断增长的数据量和复杂的通信环境，为社会提供更高效、安全且智能的通信服务。

2.3 海量设备连接，实现物联网应用

由于5G 移动通信技术自身的特点，其在设备上的应用比较广泛，可以实现海量设备的连接。5G 网络可以支持传感器、智能设备、无人机等各种大规模设备连接，提高社会智能化应用效果。通过5G 网络，这些设备之间可以实现高效的连接和通信，应用网络进行实时数据交换，实现物联网。设备通过5G 网络，将采集的数据传输到云端或数据中心，进行处理和分析。5G 移动通信技术高速数据传输和低延时等特点，保证数据可以及时、可靠地传输，满足物联网应用对数据实时性的要求。而且基于5G 网络，可以远程监测和控制各个大规模设备，用户可以通过5G 移动通信技术，建立监测系统，对物联网设备的状态进行实时监测，并进行远程控制。例如，利用5G 移动通信技术，对开关设备进行远程控制，人员在百米外，通过监控平台对照明设备进行控制，实现远程开关的效果。5G 网络的应用，使得大量设备得到连接，形成物联网，在这一过程中就会产生海量数据，那么就需要对这些数据进行处理和分析，进而提取出有用的信息。这些数据可以在云端或边缘计算平台上进行处理，利用机器学习和人工智能技术进行数据挖掘与预测分析[4]。

基于物联网数据分析，可以开发各种智能化的服务。例如，利用5G 移动通信技术连接家庭中的一些智能电器，形成物联网，人员可以利用遥控等手段，智能控制这些智能电器。通过5G 网络，一些设备可以实现实时交互和响应，为用户提供更便捷、智能的生活和工作体验。其中需要注意的是，在物联网的使用过程中，需要保证数据的安全性，5G 移动通信技术为其提供多种安全机制，如身份认证、加密传输等，确保物联网设备和数据的安全性与隐私保护。

2.4 连接各设备，实现智能领域

5G 移动通信技术在工业领域也得到了广泛应用。由于5G 网络自身的低时延特性，使得工业设备之间可以实现实时通信。实时通信功能对于需要高度协同和精准控制的工业领域非常重要。例如，在远程机器人操作、自动化生产线中，利用5G 移动通信技术，就可以实现实时调度的效果。工业互联网应用通常需要传输大量的数据，包括高清视频、传感器数据等。5G 移动通信技术利用自身大数据传输的特点，高效、快速地在工业网络中传输这些数据，促进了数据驱动的工业智能化。例如，在智能制造领域，工业机器人的运转需要高带宽支持，这样才能实现精准控制和协同操作。因此，要将工业机器人和5G 移动通信技术联合使用，使得工业机器人的数据传输速度达到1.25 Gb/s，保证工业机器人在工作中能够及时听从指令，高效地完成工作。

通过5G 的大带宽，工业机器人能够实时传输高清视频流和传感器数据，实现对生产过程的实时监测和调整。这种实时性的数据传输对于工业机器人的远程操作和监控至关重要，特别是在需要高精度、高效率的生产环境中，可以保证工业生产更加高效。在工业领域应用5G 移动通信技术，可以让工业制造过程更加智能、灵活，并且响应迅速[5]。

此外，工业互联网也涉及大量的传感器和设备，这些设备需要可靠的连接和通信。5G 网络支持大规模设备连接，为工业设备的智能互联提供强大的基础。5G移动通信技术也与机器学习、人工智能进行了结合，使得工业设备可以进行智能决策和学习，实现预测性维护、生产优化等。通过数据分析和模型训练，来提高工业生产效率。总之，5G 移动通信技术在工业领域的运用，为工业发展提供关键支持，同时推动工业生产模式的智能化、高效化以及可持续发展。