5G无线通信技术发展跟踪与应用

田宇

（吉林吉大通信设计院股份有限公司 吉林省长春市 130000）

5G 无线通信技术在我国快速发展，投入商用，得到大范围推广，将逐渐取代4G 无线通信技术成为通信行业的主流。5G 无线通信技术相比于传统技术更加安全可靠，更加重视对私密信息保护，让通信技术使用更加灵活便捷，显著提高传输速度，并减少能量损耗，具有广阔应用前景。通过对5G 技术发展和应用的研究，能够强调其应用前景，奠定5G 技术发展基础。

1 5G无线网络通信技术

5G 无线网络通信技术是在无线通信网络基础上进行升级和改造，让各方面超越传统的无线通信网络。相比于传统无线通信网络，5G 无线通信更加完善。5G 网络投入使用以来逐渐扩大市场份额。根据目前使用情况，在建设网络工程中，5G 无线通信网络有效应用了纳米技术，更加重视保护私密信息，使得无线通信技术得到更加灵活和便捷的应用，显著提高网络传输速度，显著减少能量损耗。不难发现，和传统通信技术相比，5G 通信网络最突出的优势在于对个人信息的保护。在传输信息过程中如果遇到了阻碍，5G 无线通信技术能够更加及时的明确问题所在，并加强对信息的保护[1]。和传统无线通信技术相比，5G 通信技术具有诸多优势，其吸纳了传统通信技术优势，并实现了更加灵活的应用，使其具备了突出的竞争力，能够更好地为人们提供传输信息服务。在建设通信工程中，5G 网络扩大网络覆盖面积，用户使用5G 网络更加便捷，同时具备智能化优势，能够让用户体验感更好。

具体来讲，5G 技术主要具备下述几个特征：

（1）用户体验感好，由于5G 技术支持移动业务较多，且传输效率高，用户使用过程中体验感更好，用户满意度更高。

（2）由于传输速率可以达到数十Gb/s，使用4G 技术下载电影可能需要十几分钟，但使用5G 技术下载电影1s 即可完成。在使用过程中节约了使用时间。

（3）5G 技术可以实现面向多个用户服务，在原有性能基础上出现明显提高，5G 技术具有更广的覆盖范围，让其服务能力进一步提高。

（4）具有强大的兼容性，在原有通信技术基础上建设平台，包括NFC 无线技术，可以保障支付的安全性。

（5）5G 技术在使用过程中需要借助于其他程序帮助，服务器可能收到大量邮件请求，经过自动审核，阻止其中的无效信息，能够避免过度消耗电量，不会对电池寿命造成损伤，因此电池寿命较长。

2 5G无线网络通信技术的优势

2.1 高传输速率

相比于传统无线通信技术，5G 技术的传输速率更高，在传输应用上取得了较大突破，能够更好满足人们需要。由于传输速率的提高，让相关产业也取得较大突破，对我国经济的发展具有突出帮助。尤其是公共服务事业，5G 技术能够实现信息及时传递，将信息实时传递给管理部门，帮助管理部门能够第一时间做出协调，进行处理，从而能够实现远程调度管理，解决公共突发事件。信息传播速率的提高也会提高社会生产水平，加快社会生产效率，从而能够推动经济的进步，国力的提升。

2.2 高可靠性

5G 技术具有广阔的发展前景，未来会广泛应用于各个行业。在应用过程中，5G 技术给予了高水平安全保障。由于5G 技术具备良好的安全系统，用户能够放心使用。此外5G 技术能够克服时间的限制，提高时效性和可靠性。在安全的基础上能够满足高速率传输信息，满足人们的需求，更保障了人们的通信权益。

2.3 高数据流量

近几年来无线网络传输数据大幅度增加，对网络荷载能力提出了更高的要求。同时网络用户逐年增加，人们对无线网络使用需求逐渐增加，数据流量将处于持续大幅增加的状态[2]。5G 技术具有高数据流量传输优势，在用户密集的情况下，5G 技术能够最大程度上降低干扰，保证网络通畅，允许大量用户的数据传输，保证高质量高效率完成数据传输任务，是传统无线通信技术不具备的优势。

3 5G无线通信技术发展跟踪

3.1 毫米波技术

电磁波根据频率长短可以分为高频波和低频波等，又根据波长不同可以分为短波、长波等。低频超长波的波长为104～105m，频率为3～30kHz；高频短波的波长为10～102m，频率为3～30MHz；高频超短波波长为1～10m，频率为30～300MHz。而极高频微波的波长只有1～10mm，也被称为毫米波，其频率约为30～300GHz。4G 技术采用的是厘米波进行信号的传输，5G 技术则采用毫米波进行信号的传输，由于毫米波的频率更高，且波长更短，频谱也更宽，能够增加信道容量，满足高标准的移动通信需要，更适合在多媒体时代下的信号传播。此外毫米波的波束更窄，具有更高的可靠性以及方向性。在2019年2月韩国三星公司提出已经研发出5G 毫米波无线通信芯片，带宽从800MHz 提高至1.4GHz，显著提高了数据传输效率，最大程度上增加了通信服务的范围[3]。虽然毫米波技术具有多种优点，但是在传输过程中可以发现，毫米波会出现路径损耗，造成传播质量降低，且在高层建筑中毫米波的传输相对困难。在外界环境中，雨水、树叶等都会吸收毫米波，影响信号的传输。经过测试，5G 网络的波动幅度大，对于基站十分依赖，很难广泛应用。

3.2 超密集组网技术

5G 网络采取毫米波技术实现了高流量和高网速的5G 网络，也能适应毫米波短距离传输，显著缩短了5G 基站的间距，因此超密集组网技术（UDN）成为了5G 网络的必需技术。UDN 技术利用小小区技术，有效覆盖范围为10～200m，采取无线回传、多连接以及多点协作技术，实现了系统容量以及数据流量的大幅提升。UDN技术的应用也出现了新的问题，如需要设置更加密集、更大量的无线接入点，代表系统的能耗以及接入成本明显增加，增加拓扑结构复杂程度。由于无线接入节点间距减小，各个小小区间的切换频率也会增加，造成移动信令负荷的增加，甚至会干扰系统运行。因此大规模采取UDN 技术较为困难，还需要专家们寻找控制干扰的新方法，寻找新的管理方案。

3.3 多天线技术

多天线技术具有更加精准的波束控制能力，通过多天线控制毫米波传输干扰，并抵抗小小区干扰，其最大的特征在于基站集中配置大规模天线阵列，通常情况下阵列数多于8 个。新型多天线传输通信技术建立在大规模天线列阵以及大规模MIMO 基础之上，这一通信技术显著提高了阵列增益，从而提高小区总频谱以及边缘用户效率。该技术改进了MTMO，显著增加小区容量，不断提高下载速率，能够让下载需要有序满足。但是对于新型天线传输技术，基站下行只能提供发送天线，工作性能的提升空间更大。在5G 通信技术发展中，会对有源天线技术进行引入。从而更加便捷地获取小区基站MIMO 部署情况，完成3D 波束成形，让系统容量进一步增强，更能让业务需求得到满足。

3.4 新型网络架构

在5G 网络发展过程中，必然朝向蜂窝及WIFI 融合的结构发展，有效实现业务分流。同时为了让基站压力减轻，提出D2D 网络概念，D2D 网络技术成为5G 发展的关键技术。使用D2D 技术不需要国际站转接即可完成数据交换，从而减小蜂窝网络负担，让功耗得到减少，进而加快网络速度。

4 5G无线通信技术的应用

4.1 安卓系统

研发安卓系统基础为开放源代码，目前广泛应用于平板电脑和智能手机之中，应用范围广。安卓系统主要分为四个层级架构，即应用程序层、程序框架层、系统运行层以及系统内核层。在系统内核层中应用5G 技术能够分离系统基础文件以及硬盘驱动系统，从而让终端的储存空间得到压缩，让终端硬件设备更加丰富。在安卓系统中使用5G 技术能够显著提高系统安全性，让系统在后续运行中更加安全可靠。

4.2 数字货币

从比特币推出后，全世界各国均争相推出数字货币，5G 技术高水平的安全性和兼容性，能够支持数字货币的推广和流通。使用5G 技术进行数字货币的支付，能够显著提高交换速度，并扩大价值交换范围，给数字货币提供安全可靠的保障，并最大程度上压缩流通和发行的成本。以比特币为例，作为代表性的概念型产品，比特币属于P2P 软件产生的虚拟货币，通过对网络各个节点产生的分布数据库应用，从而确认交易行为[4]。由于比特币具备去中心化特征，算法较为复杂，很难大量制造，要通过人为手段操作币值，受到外界的高度认可，使得比特币本身价值也显著提高，因此比特币也作为一种全新的支付手段。借助于5G 网络的高安全性，使得比特币在5G 网络下交易流通十分安全，为数字货币的发展和应用提供了安全的平台。

4.3 大数据云计算领域

从2010年至2020年间，群众对无线网络的需求增长了数千倍，产生的数据也大幅增加。面对这一情况，发展5G 无线通信技术十分必要，其发展趋势正好满足大数据领域的需要。如今全球进入大数据时代，每天产生的数据呈量级化增长，大数据不仅成为人们行为的记录，同时也成为了重要的重要的资源。在大数据和云计算领域中，应用5G 技术能够提高数据计算和分析的效率，在最短时间内进行数据的处理和分析，帮助人们更高效的应用数据。云计算技术更无法离开5G 技术的支持，云计算技术主要借助于互联网进行在线计算，其运算速度受到网络速度的影响，应用5G 技术后可大幅度提升云计算的稳定性和可靠性，避免数据泄露，进一步提高云计算技术的稳定性。如在公共服务事业中，5G 技术的应用将大幅提高公共服务的应变能力，能够及时传递信息，更有利于获取一手信息，实现信息的实时传递和远程指导。

4.4 光电照相机

光场摄像机具备记录光学信息的能力，一张照片约占据200M空间，但借助于5G 技术能够避免储存问题。在应用程序中发光摄像机只需要捕获优势应用发光场摄像机，不需要使用配置程序图像采集焦点。在5G 技术支持下利用矢量能够最大程度上提高网络安全性，并节约储存空间，满足使用需求。在5G 技术支持下，不仅提高了传输速度，更最大程度上提高了技术质量，满足人们使用需要。5G 技术的应用帮助光场相机解决了存储问题，使其高摄像清晰度的优势得到发挥，让其应用优势得到凸显。

4.5 医疗领域

长期以来由于我国医疗资源的紧张，群众看病困难的问题一直存在。在医疗领域中，利用5G 数据传输，建设在线问诊系统，能够让医疗资源再分配，让特级医生在线远程诊疗，供外地患者看病。同时也能让外地的医生互相学习，分享医疗经验。借助于5G 网络全国的专家可以整合起来，形成专家诊疗组，针对疑难杂症进行线上会诊，解决看病难的问题。在5G 网络的支持下，远程医疗系统能够辅助医疗机构完善医疗服务，解决看病难的问题，同时也能积极改善“黄牛”、医疗纠纷等社会问题，对于社会的和谐发展具有积极作用。在2019年我国一位外科医生利用5G 技术进行远程外科手术，手术中在5G 网络支持下操作机械手术臂进行手术，顺利切出了动物实验肝脏，在整个过程中，手术只延迟了0.1s。可见5G网络也能为远程手术和远程治疗提供应用空间。

4.6 智能社会

随着5G 网络的广泛应用，支持智能设备的推广，进一步完善智能社会。在5G 网络支持下，智能社会将形成一个人与人、人与设备、设备与设备互通的新型社会，如无人驾驶公交车、智能家居等，将网络和数据通信转化为电子设备，满足智能生活的需要，成为世界发展的主流趋势。现阶段商用5G 技术还无法达到实验室水平，主要受到传输环境等因素影响，5G 技术的优势尚未能全部发挥。未来还需要进一步优化通信结构，对云端处理模式、设备以及传输环境进行升级，从而放大5G 技术的优势。

5 结论

综上所述，通过对5G 无线网络通信技术特点和优势的分析，5G 技术凭借高传输速率、高可靠性、高数据流量的优势，具有广阔的发展前景。5G 技术经过毫米波技术、超密集组网技术、多天线技术、新型网络架构逐渐发展成熟，逐渐应用于安卓系统、数字货币、大数据云计算领域、光电照相机、医疗领域以及智能社会中，对于社会发展具有突出价值，满足人们的使用需求。