5G通信系统的核心技术与应用

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  摘要:文章首先针对5G核心技术展开剖析,而后进一步从应用的层面加以论述。
  关键字:5G;通信;技术;应用
  社会、经济以及科技的发展,从多个方面同时形成了对于通信领域的推动力量。尤其是互联网+思想和相关政策的出台,更加让通信成为了各行各业内部,以及行业之间实现沟通的重要渠道。5G技术的应用,就当前形势而言可谓顺应时代需求,其能够在数据传输方面提供更大容量、更高速率以及更高稳定性和安全性的传输服务,也因此决定了5G技术必然会成为未来各个领域通信环境的重要支持力量。有鉴于此,必须深入考察5G的技术特征,从技术根本出发,才能确定出其相对于4G技术体系的优越之处,并且确定出其应用重点方向。
  一、5G核心技术剖析
  相對于4G技术体系而言,5G涉及到的技术相对比较多样,其中包括第五代毫米波、微基站、波束赋形以及D2D技术,对应的应用也更为多样化,相对于4G时代重点关注基于移动网络环境的多媒体数据传输服务而言,5G技术的应用,更多聚集在VR/AR以及相关领域的智慧自动化实现方面,诸如智慧农业、工业互联网以及无人驾驶等方面,家庭智慧终端,也在5G的支持之下呈现出更为蓬勃的发展态势。
  从技术发展的角度看,5G通信系统本身依靠的并不是一项技术,而是一个技术簇,通过多项技术之间的合作,来达到5G通信体系的实现。在这样的技术框架之下,超密集异构网络、自组织网络、内容分发网络以及信息中心网络等技术固然不容忽视,但是相对比4G而言,需要重点关注的技术应当在毫米波等方面。以下展开论述。
  所谓毫米波,就是波长在1-10mm范围内的波,其在波谱中的位置,处于微波和远红外交叠的范围内,因此属性也兼具有二者的特征,呈现出波长短、频率高、频谱宽的特征,对于提升信道容量有着良好的支持作用,并且也能够有效维持信道的稳定特征。并且较窄的波束传输,也给传输过程提供了更为安全的保证,窃听难度比较大,整体安全保证情况良好。但是毫米波本身在对障碍物的穿透能力方面极弱,因此如果想要依靠毫米波实现5G网络的覆盖,必然需要大量增加基站数量才能实现,这会随之带来成本的提升,本身可行度极为有限。在这样的情况下,提出微基站的概念,所谓微基站,是与大功率发射宏基站对比而产生的,其具有更小的体积,综合成本也更低,在展开海量布置的时候成本压力比较有限,因此能够实现更广的覆盖面,并且形成更为稳定的信号。
  波束赋形是为了自适应用户应用场景而自动调整天线阵列的辐射方向的一种技术,这也成为5G与4G相比的巨大优势。对于4G环境而言,其基站信号保持了一种恒定的状态,无论覆盖区域内需求量大小,其信号密度保持一个恒定值。这种情况造成了通信服务在供需层面上无法匹配,因此可能会出现浪费,也有可能会出现拥堵。但是5G的波束赋形技术,能够帮助电磁波与用户群体之间实现配合,并且跟随用户移动设备的位置变化而展开方向的调整,因此用户可以得到稳定的数据传输服务,干扰和信号强弱问题得到彻底解决。
  最后,D2D,即终端对终端的技术,在5G中同样占据着不容忽视的位置。之前的通信网络环境中,用户之间的数据传输需要通过基站进行中转才能实现,这种工作模式固有的高延迟和低传输效率无法改变,也成为制约4G以及3G传输框架实现纵深发展的重要阻碍。但是在5G网络之下,数据不需要再通过基站进行转发,基站只负责传输请求指令,而这一部分请求指令,在以往的通信环境中是与数据传输一视同仁而交由基站进行处理的。因此5G背景下基站的工作负担大大减轻,数据的延迟等问题也得到根本改善。
  二、5G通信技术的应用典范
  5G通信技术相对于4G而言,在安全性和稳定性,以及传输带宽容量等方面都有了全面的提升,然而考虑到当前具体的技术环境,4G的退出必然需要一个长期的过程。纵观5G的应用,虽然目前已经实现了商用,但是落实在应用领域,仍然应当重点关注如下几个方面:
  1.智能终端领域
  这一方面,包括智能终端以及智能传感器等相关应用,重点以物联网前端作为主要应用环境。对应的智能终端以及智能传感器会在工作中产生大量的数据,并且这些数据的传输需求会广泛存在于一个空间之中,还会呈现出对应的移动特征。在物联网前端环境中,包括各类传感器、射频设备以及视频监控设备而产生的大量数据,都需要通过无线网络从智能传感器传输到智能终端。这些数据不仅仅总量较大,从数据格式的角度看还呈现出多样化的特征,并且很多数据都只会传输到智能终端进行处理,不会进一步向数据中心进行传输。在这样的背景下,物联网前端无线传输的稳定性,以及实时性等方面就必须得到保证。5G通信技术在该环境下的应用重点,围绕网络的可靠性以及传输的实时性而展开,能够帮助生产工作的高效运行,对于家用智能终端工作领域而言,同样可以帮助提升整个控制工作的安全水平。
  2.轨道交通环境的应用
  轨道交通一直是通信领域的一个特殊应用环境,尤其是隧道轨道交通环境,更是得到相关部门的广泛关注。由于轨道交通运输速度高,而轨道交通通信系统又承担着轨道交通的调度职能,因此通信系统本身的顺畅、稳定和实时性特征,直接关系到轨道交通整体系统的安全水平。5G通信系统体系之下,端对端的延时可以得到有效控制,缩短至1ms范围内,对应的虚拟联挂、编组运行也都成为可能。
  3.军用通信领域
  虽然处于和平年代,但是军事技术的发展关系到国家安全的方方面面,因此同样不容忽视。在实际的战争环境中,参与战争的多个单元都需要通过通信网络实现有效的协调和布控,才能达到有效高效作战的目标。5G通信技术作为一个技术簇,能够综合多项技术实现共同作业,保证更快的数据传输速率以及更安全的传输过程。具体而言,首先,在军用通信传播应用方面,主要涉及作战过程中的图像传输、语音传输及视频传输等。既有的4G LTE系统可以支持2GHz的传输速率,但是可用频谱带宽仅为100MHz,相对而言比较窄,而换为5G毫米波通信后,频谱带宽可以上升到既有4G通信体系的10倍左右,时延也可以控制到毫秒数量级,为战争环境奠定了良好的实时通信根基。其次,军用通信体系之下的数据传输安全,也能够在5G系统的支持下得到进一步的提升和保证。虽然相对有限的频段资源,决定了军用通信不可能完全与民用系统实现隔离,对应的干扰和安全影响仍然存在,但是相对于4G体系而言,其安全水平的提升仍然堪称显著。
  三、结论
  5G的实现,为更多通信环境需求的深入满足提供了坚实的基础,也必然会成为推动各行各业发展的中坚力量。实际工作中唯有把握5G技术特征,才能落实其应用方向和重点,才能有效发挥其作用,推动社会进步。
  参考文献:
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