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5G通信技术应用场景和关键技术探讨黄伟

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：黄伟

[导读] 5G通信技术对移动通信技术和智能终端服务的发展具有直接的推动作用。

黄伟身份证号码：450423198507****14

摘要：5G通信技术对移动通信技术和智能终端服务的发展具有直接的推动作用。分析了5G通信技术的应用场景，如增强型移动宽带、超高可靠性和低延迟通信、大规模机器通信等。同时，对大规模多输入多输出技术、超宽带技术、无线网络技术、毫米波通信技术、新型网络架构技术和D2D通信技术进行探索，为5G网络技术及相关技术的发展趋势提供一些思路。
关键词：5G通信技术；应用场景；关键技术
        1 5G通信技术的应用场景分析
        1.1增强型移动宽带
        增强型移动宽带可以满足4G网络大面积、热点的高容量需求，可以直接提升用户体验。它的主要功能是增强人与人之间的通信体验，而增强型移动宽带在5G网络中的应用可以实现更快、更稳定的效果。由于5G技术的核心功能是稳定、快速、准确，特别是其高速峰值可以达到Gbit/s的标准，这意味着高清视频、网播、VR体验可以直接反映e MBB（增强型移动宽带）的应用场景，VR技术在5G技术上的应用最能体现对宽带的高性能需求。[1]        总之，5G通信技术无论是信息同步显示还是VR技术显示，都有着明显的优势。比如5G通信技术下，一秒钟就可以下载一部容量为2GB的2小时高清电影。
        1.2超高可靠与低时延通信
        超高可靠性和低延迟通信主要体现在互联网的应用场景中，实现人与物之间的通信和控制，可以实现毫秒级延迟，大大提高用户的可靠体验，满足车辆互联网和工业控制领域的需求。特别是在自主驾驶、无人机等场景下，5G的优势显而易见。凭借其强大的低延迟功能，自主驾驶的响应速度可以比人类本能快得多。5G空中接口延迟可达1毫秒左右，完全可以满足智能交通的应用。这种通信技术的时效性和可靠性可以在这种场景下有效实现。显然，5G通信技术的即时性、可靠性和高效性在一定程度上促进了5G场景的实现。
        1.3大规模机器类通信
        大规模的机器通信可以满足对象之间的通信要求。由于5G具有较大的网络容量，可以提供人与人之间、物与物之间的通信条件，促进了大规模互联网的快速发展，适用于针对数据和传感采集的应用场景。比如5G技术可以更好地应用于智慧城市建设，实现城市基础设施的智能化、科学化管理，有效提升智慧城市的功能。将5G通信技术应用到智慧城市建设中，可以对城市设施进行智能化管理，保证其稳定性，增强智慧城市的各种功能，满足大量机器的通信需求。例如，5G技术可以用于城市路灯的智能管理，保证路灯的稳定性，实现有效的节能。这个场景凸显了强大的连接功能，可以在城市生活的生产和消费中与互联网有效融合。
        2 5G通信技术的关键技术
        2.1大规模多输入输出技术
        在5G移动通信技术中，大规模多输入多输出技术是一项核心关键技术，可以提高频谱利用率，保证网络的稳定性。这种技术也可以称为大天线系统，主要是在4G的基础上发展起来的，可以同时实现基站内大量用户之间的同步通信。而5G通信技术主要采用大规模的MIMO技术，其应用原理是以多天线的形式实现无线信号传输，在高效利用传输信号的前提下节省了大量的传输成本。这里应该指出的是，在传输过程中，无线网络可以被细分为多个单独的子信号，这些子信号都具有它们自己的空间流。[4]在5G通信技术中，利用MIMO技术实现大规模的信号发射和接收，大规模天线在同一时间段接收不同的子信号，可以实现每个子信号空间的独立性。简而言之，大规模多输入多输出技术不仅可以保证无线传输信号的传输性能，还可以为无线传输提供良好的回收空间，从而提高无线传输过程中的信道传输质量。

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        2.2超宽带技术
        超宽带技术作为一种新型的无线通信技术，可以实现信号的直接调制，提升数据带宽达到GHz级，提升数据传输速率达到纳秒级分辨率。显然，与Wi-Fi技术相比，该技术具有明显更低的时延。同时，超宽带技术在发送信号的过程中不需要载波，能耗低。[5]基于此，超宽带技术融入新5G系统，在智能交通领域发挥了积极作用。依靠超宽带技术的特点和性能，可以提高对车辆位置、车距的识别和快速反应能力。例如，超宽带技术在自主车辆中的使用显著提高了识别障碍物和防止碰撞的能力，并提高了车辆的安全性能。因此，超宽带技术为5G通信技术的低延迟、低能耗提供了技术支持。
        2.3无线网络技术
        无线网络技术可以分为软件定义的网络和网络功能虚拟化。软件定义网络技术是Emulex网络的一种新的网络创新架构。与传统IT架构中的网络相比，它主要通过分离路由器的控制和转发功能，形成一个独立的决策功能。在传统架构中，需要根据业务部署上线。如果业务发生变化，需要调整相应的网络架构，调整设备路由、交换机、防火墙的配置会比较麻烦。显然，软件定义的网络技术可以实现网络的敏捷性和灵活性。网络功能虚拟化是利用标准IT虚拟技术解决相关硬件设备问题。它依靠大规模共享服务器，使用软件定义的方法实现区域网络实体虚拟化的应用。比如虚拟机技术就是一种虚拟化技术。这种虚拟机部署成本低，能够快速适应网络变化。特别是云计算和虚拟化技术的应用，可以在独立的服务器上部署冗余的服务器，满足网络的高峰需求，同时可以释放资源，有利于故障管理和市场化发展。
        2.4毫米波通信技术
       毫米波通信技术包括光波向低频的发展和微波向高频的扩展。目前，无线电信系统的频谱大多低于6GHz。显然，3-60 GHz范围内的频谱资源无法得到有效开发和应用。在这种情况下，5G将9.9—86GHz频段作为RAT探索的关键区间，主要依靠LTE技术探索互联网的广域覆盖，并在该频段创建超密集网络，实现LTE层和UDN层的双重覆盖。可以说，在毫米波频段使用大规模I/O技术，可以增加网络容量，提高通信效率。例如，贝尔实验室（Bell Labs China）通过使用峰值传输速率高于50Gbps的原型，将28GHz毫米波频段的频谱效率提高到了100bps/Hz。显然，这种高频谱效率可以实现更快的下载速度，在短时间内实现高达100兆字节的信息传输。
        2.5新型网络构架技术
        在通信行业不断发展的背景下，5G技术也在不断发展，提高通信效率，满足用户需求。但是，在这个过程中，成本因素在一定程度上限制了发展速度，因此有必要在通信业务中控制成本。要提高通信效率，必须建立在通信服务一体化的基础上，同时不断拓展新的服务，以满足社会发展的需要。在这个过程中，网络虚拟化可以通过自组织网络来实现。对于自组织网络，5G通信技术可以增强人们的情境体验，提供通信技术的交互功能。这项技术的实现需要在无线网络云中结合峰值速率和数据，从而促进通信质量的进一步提高。总之，作为新网络架构技术的核心组成部分，一方面可以保证计算机存储平台的稳定性，另一方面可以为社会发展构建新的交付模式。
        结语：
        5G通信技术的应用场景与社会发展的变化相关，能够满足人们多样化的生活需求，呈现出广域化、多样化的发展特征。可以说5G通信技术打破了传统通信技术的局限，满足了通信速度快、利用率高、成本低、质量高的要求。这些核心技术促进了智能网络的发展，对物联网产业产生了巨大的影响，在一定程度上促进了社会经济的发展。未来，5G通信技术将改变和创新人们的生活方式，有效满足人类生活和社会发展的多样化需求。
参考文献：
[1]王亚妮．5G移动通信技术的特征及应用场景[J]．中小企业管理与科技（下旬刊），2020(10):164-165.
[2]袁周阳，李超杰．5G通信技术应用场景及关键技术探讨[J]．信息通信，2017(07):260-261.
[3]宣以所．5G移动通信发展趋势与若干关键技术应用研究[J]．信息与电脑（理论版），2017(07):172-174.
[4]丁聪．5G通信技术应用场景和关键技术探讨[J]．通讯世界，2019,26(05):98-99.
[5]赵治国．面向5G的移动通信技术及其优化[J]．电子技术与软件工程，2019(09):21.