5G通信技术的应用场景与发展趋势

2022-10-05

一、前言

5G通信技术是相对于1G-4G通信技术来说的, 是对于第五代通信技术的简称, 由于5G通讯技术的信息传输速度快、可靠性高、延时率低, 未来5G将会在各个领域发挥重要作用, 部分领域随着通信技术的革新甚至还会出现颠覆性变革, 如远程教育、自动驾驶、自动医疗等。鉴于此, 中国、日本、欧美等国家都争先发展5G通信技术, 以期获得发展先机, 文章对5G通信技术的概念进行简要阐述, 继而分析5G通信技术的应用场景与发展趋势, 具有较大的理论价值与较强的实践意义。

二、5G通信技术的应用场景

在国际电信联盟ITU举办的ITU-RWP5D第22次会议中, 国际通信商对5G技术的应用进行了探究分析, 根据应用场景的性能, 最后得出结论:增强型移动宽带、超高可靠与低延迟的通信、大规模机器类通信是5G技术的三大应用功能 (参加图1) , 本文对策进行进一步分析。

(一) u RLLC型应用场景:以自动驾驶为代表的即时可靠通信需求

u RLLC是5G通信技术三大应用场景之首。高传输与可靠性是5G通信技术的重要特征, 5G网络的理论下行速度为10Gb/s (相当于下载速度1.25GB/s) , 且传输的连续性极好, 因而其可以实现即时、可靠、高校的数据传输, 这使得5G的应用场景得以实现, 如自动驾驶、自动化无人机、“零时延”的AI机器人, 这些都是5G通信技术的实际应用。

(二) e MBB型应用场景:以VR技术为代表的高能通信宽带需求

e MBB是5G通信技术最为基础的应用场景。如前所述, 作为通信技术, 快、准、稳是5G通信技术功能的核心体现, 因此其最基础的应用场景就是快速高效的信息传输, 如VR技术、超级网络下载、信息同步展示等。从理论上说, 5G通信技术的信息传输速率比4G快几十倍以上, 最直观的场景描述是一秒钟就能下完一部两个小时、容量大小近2G的高清电影。

(三) m MTC型应用场景:以智慧城市为代表的海量机器通信需求

u RLLC与e MBB都是从微观层面来分析5G技术的应用, m MTC应用场景是指5G强大的连接能力可以实现从消费到生产的全环节、从人到物的全场景覆盖, 快速促进互联网、物联网与各行各业的深度融合, 也就是我们常说的万物互联。例如, 未来路上的监控、路灯、井盖等公共设施都可以实现智能管理、运营及反馈, 真正实现智慧城市的功能。

三、5G通信技术的发展趋势

无线技术与网络技术是5G通信技术发展的两大核心方向。

(一) 5G通信技术中无线技术的发展趋势

在5G的无线技术中, 有四大核心技术:第一, 大规模天线阵列 (Massive MIMO) , 主要是该技术能大幅增加频谱效率, 频谱效率比普通宏基站增加3到5倍, 从而满足通信需求, 且网络覆盖灵活性极高, 高容量增益的功能可以有效改善消费者体验, 是重点发展的核心技术;第二, 超密集组网 (Ultra Dense Deployment) , 主要是通过小基站加密部署提升空间复用方式, 在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升, 这可以解决未来核心经济区域的通信需求 (如一线城市的CBD) ;第三, 新型多址 (NOMA) , 不同与4G的正交多址接入技术, 5G采用NOMA, 可将一个资源分配给多个用户, 采用功率复用的原理, 实现高效频谱效率, 但是需要干扰消除;第四, 全频谱接入 (Full spectrum access technology) , 以6GHz以下低频段为核心, 用于无线覆盖;以6GHz以上高频段为辅助, 用于热点区域速率提升, 但是在全频谱接入上, 存在高频段的信道建模测量以及高低频协同、授权与非授权频谱协同的问题。

(二) 5G通信技术中网络技术的发展趋势

在5G的网络技术方面, 基于软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV) 的新型网络架构必将成为重点研究方向, 因为这2种技术可以解决EPC存在的耦合情况, 其中:网络虚拟化的方式有多种, SDN是比较有效的一种方式, 主要是可以分离控制面与数据面, 从而实现将网络控制面整合于一体, 最终使得部署用户平面功能变得更灵活, 5G技术的传输效率更高;NFV技术通过形成开放性信息处理平台, 对通信功能进行弹性资源共享, 从而降低硬件成本, 随着技术的更新迭代还可以做到自动部署、弹性伸缩、故障隔离以及自我修复。

摘要：5G通信技术是新一代信息通讯发展的主要方向。文章对5G通信技术的概念进行简要阐述, 继而分析5G通信技术的应用场景与发展趋势, 结论显示:增强型移动宽带、超高可靠与低延迟的通信、大规模机器类通信是5G技术的三大应用功能;展望未来, 大规模天线阵列 (Massive MIMO) 、超密集组网 (Ultra Dense Deployment) 、新型多址 (NOMA) 和全频谱接入 (Full spectrum access technology) 等技术是5G通信技术中无线技术的发展重点;软件定义网络 (SDN) 、网络功能虚拟化 (NFV) 是5G通信技术中网络技术的发展趋势;我国应该注重对以上领域的研究投入与扶持。

关键词：5G,通信技术,应用场景,发展趋势