5G通信技术的关键技术与应用场景

李 维

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430023）

0 引 言

众所周知，在移动通信网络1G到4G的发展中，其通信的核心始终定位在人和人之间，而5G移动通信技术则不仅仅是将人和人之间的通信作为核心，它在人与人之间通信的基础上也包含了人与物之间的通信以及物与物之间的通信[1]。因此，相比于1G到4G移动通信网络，5G移动通信网络已经实现了重大的突破，无论是在通信的时延方面、功耗方面还是在速度方面，都已经实现了显著提升。同时，该技术的应用也可以让现代移动通信的安全性、低成本、智能化以及高效性等的诸多需求得以全面满足。

1 5G通信技术的关键技术分析

1.1 大规模天线技术

所谓大规模天线技术，就是可以将系统容量提升数十倍乃至数百倍的一种无线技术。该技术可以为多用户的波束智能赋型，以降低用户之间的信号干扰，让无线信号在覆盖性能上得到进一步改善。相比于可以对2*2MIMO天线提供支持的3G移动通信技术以及对8*8MIMO天线提供支持的4G移动通信技术，5G基站需要对天线阵列进行大规模使用，其天线的数量可以达到上百根，并借助于极化域、频域、时域以及空域等的各种维度来实现能量和频谱利用效率的全面提升[2]。

通过大量天线将同传服务提供给相对比较少的用户，该技术主要的优势可表现在如下3个方面：第一，显著提升了能量效率与系统容量；第二，显著降低了上行发射以及下行发射中的能量；第三，用户之间实现信道正交，可将噪声和干扰消除；第四，具备了更加稳定的信道统计特征。

1.2 非正交多址接入技术（NOMA）

相比较以往的OFDMA技术，非正交多址接入技术（NOMA）的频谱效率实现了30%～40%的提升。为符合5G对于频谱效率提升到原来效率5～15倍的要求，可以将NOMA技术结合MIMO技术应用，这样就可以在基站生成更多的波束，每一个波束可以服务于两个用户[3]。具体应用中，接收端可以通过SIC干扰连接技术以及IRC干扰抑制合并技术将干扰抵消，前者主要用来抵消波束之内的用户干扰，后者主要用来抑制波束之间的干扰。

1.3 直接通信D2D技术

在5G通信技术中，D2D技术的应用可以让用户和用户之间不通过基站就实现直接通信的目标，进而实现网络接入以及连接方式的进一步拓展。因为D2D可以在短距离之内直接进行通信，且有着很高的信道质量，所以该技术的应用可以让移动终端能耗以及时延得以大幅度降低，同时也可以让频谐资源发挥出更高的利用率。

D2D技术可以按照两种控制类型进行划分，具体如下。第一，集中式控制。此类控制主要是通过基站对D2D连接进行控制，移动终端可以将测量信息上报给基站，以实现基站对链路信息的全面获取，但是此类控制会让信令负荷增加。第二，分布式控制。此类控制主要是通过D2D设备来自主建立与联系D2D链路。与前一种控制类型相比，此类控制可以让D2D设备间的链路信息获取变得更加便捷，但是此类控制会让D2D设备复杂度增加。图1是D2D技术的连接示意图。

图1 D2D技术的连接示意图

1.4 超密集组网DUN技术

在5G的DUN框架中，实现了CoMP技术、D2D技术、C-RAN技术、Small Cell技术以及宏站技术等的全面融合，这就使其具备了超密集形式的组网效果，可以实现网络覆盖的良好改善，让系统容量得以大幅度提升，进而实现网络部署的灵活性和频率复用的高效性[4]。在5G通信技术中，超密集DUN组网形式主要有两种，第一种是宏基站加微基站形式的组网，第二种是微基站加微基站形式的组网。前者可以实现控制和承载之间的良好分离，让容量和覆盖都单独实现优化设计，这样就可以在密集组网的条件下避免频繁切换，让资源利用率和用户体验得到进一步提升。后者可以实现数据面和控制面之间的良好分离。在低负载网络中对微基站进行分簇化处理，在同一簇中，所有的微基站可以组成一个虚拟形式的宏基站，以实现相同数据的发送。通过这样的方式，终端就可以实现分集收益的接收获得，进而实现信号接收质量的显著提升。在高负载网络中，所有的微基站都可以作为一个独立小区，以实现数据信息的独立发送，通过小区分裂的方式实现网络容量的显著提升[5]。

2 5G通信技术的应用场景

2.1 eMMB（增强移动宽带）型场景

VR技术作为eMBB型应用场景的主要代表，其能够充显现出通信宽带的高能需求，对于5G通信技术来说，其基础的应用场景之一就是eMBB。目前，快速、准确以及稳定作为5G通信技术的核心功能，其在基础应用场景中就可以充分突出快速高效的信息传输优势，如信息同步展示以及VR技术，同时也包括超级网络下载。立足于5G通信技术理论角度，与4G通信技术相比，其信息传输速率要快几十倍，其中最为直观的应用场景描述就是在1 s内能够顺利下载一部时长为2 h、容量为2G的高清电影。在ERP形式的投影中，VR-8K分辨率如表1所示。

表1 ERP形式的投影中的VR-8K分辨率

2.2 uRLLC（超可靠、超低时速通信）型场景

uRLLC型应用场景最为典型的就是自动驾驶，其能够充分体现出即时可靠的通信需求，在5G通信技术应用场景中优势最为突出的就是uRLLC型应用场景。在我国现阶段，5G通信技术最为突出的优势就是高传输与可靠性。根据5G网络理论可知，其下行速度为10 Gb/s，这也意味着其下载速度可以达到1.25 Gb/s，因此其传输过程中的连续性较好,并且可以确保数据在传输的过程中能够实现即时性、可靠性以及高效性等，这就可以促进5G通信技术应用场景得以实现[6]。例如，自动驾驶与无人机等，均是5G通信技术的应用成果。表2是5G通信技术与4G通信技术的传输速度与时延对比。

表2 5G通信技术与4G通信技术的传输速度与时延对比

2.3 mMTC（海量机器类通信）型场景

在这一应用场景中，一个最具代表性的实例就是智慧城市，它是大量机器之间通信需求实现的一种充分体现。相比于mMTC，uRLLC以及eMMB都属于5G通信技术的微观应用场景，这两种场景并不具备强大的连接功能，但是mMTC这一场景的连接功能却十分强大。该场景的一个主要功能是实现生产环境以及消费环节之间的全面覆盖[7]。通过这样的方式，不仅可以在互联网中实现生产环境以及消费环节的全面融入，同时也可以将整个市场都融入到互联网环境中，以达到万物互联互通的效果。将5G通信技术应用到智慧城市中，可实现各种事物之间的智能化连接与管理，如井盖管理、路口管理以及路灯管理等，同时也可以保障基础交通设备运行的顺利进行，实现其安全性和稳定性的进一步提升。

3 结 论

5G通信技术的关键技术有很多种，如大规模天线技术、非正交多址接入技术（NOMA）、直接通信D2D技术和超密集组网DUN技术等。通过这些关键技术，可以让5G通信技术在原来4G通信技术的基础上实现传输速度、稳定性和及时性的显著提升，进而在各个领域中发挥出充分的技术优势。同时，5G通信技术也有很多的应用场景，其中基础应用场景包括eMMB（增强移动宽带）型场景、uRLLC（超可靠、超低时速通信）型场景、mMTC（海量机器类通信）型场景。将5G通信技术应用到这些场景中，可更加充分地发挥出该技术在各个领域中的应用优势，以全面促进各个领域的良好发展。