5G无线通信技术的关键技术应用探讨

王宏炯

（中国广电云南网络有限公司，云南 昆明 650000）

0 引 言

随着科技的不断更新和发展，网络已经成为人们生活、工作中不可或缺的一部分，并且人们对网络速度和质量提出了更高的要求，这就要求不断改进和优化通信技术，提高网络传输速度与质量。而5G无线通信技术作为整合无线、应用场景等内容的新型通信技术，在传输速率、传输成本、安全可靠及兼容性等方面优势突出，在技术层面拉近了人与人之间的距离，而且通过多平台的实时转化实现人与物、物与物之间的连接，能够满足用户多方面的需求。

1 5G无线通信技术定义、层级及优势相关概述

1.1 定 义

5G无线通信技术指的是将以往网络通信技术融合，对相关功能升级和优化，为用户提供更多优质、便捷服务的新型无线通信技术[1]。该技术的应用能够弥补以往无线通信技术的不足，所使用的纳米技术、隐私保密技术等在灵活性、便捷性等方面优势突出，不仅可以保护用户隐私，而且能够提高信息数据传输效率，节约成本，并且所使用的新IP地址作为数据传递基站，将实时搜集、汇总的信息放置移动终端，使数据的安全性、有效性得以提高。

1.2 主要层级

5G无线通信技术主要包括城域网、接入网以及核心网这3个层级。城域网作为第1层，主要涉及相关通信设施与装备，以无线呼叫的方式实现信号的感知和传递，在信息快速共享方面优势突出；核心网作为第2层，起到数据端口、通信装备衔接的作用，且能够科学地进行信息的分类、传输；接入网为第3层，其主要功能是实现数据结果的构建，使5G通信技术网络中繁杂的数据信息更加合理、规范，且处理方式更加简单，实现信息的全面覆盖[2]。

1.3 优 势

1.3.1 传输速率快

与4G通信技术相比较，传输速率快是5G通信技术的优势之一，其数据传输速度是4G数据传输速度的10倍以上。例如，5G通信技术在波段28 GHz情况下的传输速度达到1 Gb/s，而同等条件下，4G通信技术传输速度只能达到75 Mb/s，尤其在非对称数据传输方面，只能达到2Mb/s。

1.3.2 良好的兼容性

5G通信技术是在3G、4G通信技术基础上所形成的新型通信技术，具备传统通信技术的优势，作为兼容传统通信技术所形成的通信平台，不仅支持多种通信技术的使用，而且可以接入其他无线技术，实现通信服务功能的扩展，突显出该技术的兼容性。

1.3.3 提高能源利用率

与传统通信技术相比较，5G通信技术在传播效率、兼容性等方面优势突出，部分配置在运行过程中可以与其他小程序同时运行，确保其正常运行的同时，间接性反映出5G通信技术能够实现电池能源的有效配置，使其利用率提高，延长电池使用寿命。

1.3.4 提高无线信号传输质量

5G通信技术的设计与实现主要以多载波分子式操作为载体，多载波在室内外均具有很高的连接性，尤其是室内无线传输，可以解决以往通信技术在室内传播信号效率低这一问题，并且借助智能信息化平台能够实现5G通信信号的整合传输，使原有的约束条件得以突破，利用编码、数据进行识别、破译，实现传输方面的升级与扩展，促使无线信号传输质量提高。

1.3.5 安全性高

与4G技术相比较，5G无线通信技术安全性比较高，即服务域安全，如该技术所应用的授权安全机制、安全协议及服务注册等，使服务域安全防护能力增强，实现用户隐私的保护，并且该技术所运用的加密技术可防止不法分子追踪用户隐私、信息。

2 5G无线通信技术中的关键技术分析

2.1 D2D通信

终端直通（Device-to-Device，D2D）通信作为以蜂窝系统为载体的近距离数据直接传输技术，将其引入蜂窝网络中可以缓解基站的负担，缩短端与端之间的传输延时，促使频谱效率提高，一定程度可以降低终端发射功率。若无线通信基础设施被损坏，或者无线网络覆盖面比较窄，则终端可以通过D2D通信实现端与端之间的通信，或者接入蜂窝网络。同时，D2D通信的主要目的是用户通信设备在一定距离内实现直接通信，缓解服务基站的负荷。此外，与不以基础网络设施为载体的直通技术相比较，D2D通信灵活性比较强，不仅可以在基站约束下进行连接与资源分配，而且在无网络基础设施的情况下也可以实现信息的交互。

2.2 M2M通信

以广义的角度来说，机器对机器（Machine to Machine，M2M）指的是人与机、机与机、移动网络与机之间的通信；以狭义的角度来说，M2M只是指机与机之间的通信，不仅可以实现机器与机器之间的数据传输，而且这种数据传输可以突显出交互式、智能化等特点，使机器拥有“思想和智慧”，即使机器未接收到用户所发出的信号，也会依据既定程序主动地进行通信，并结合所获取的数据智能化进行选择，向相关设备发出正确指令[3]。

2.3 SDN/NFV

软件定义网络/网络功能虚拟化（Software Defined Network/Network Functions Virtualization，SDN/NFV）作为一种新型的构建技术、网络架构，可以体现控制与数据分离、虚拟化、软件化等特点，能够解决现有网络面临的问题，即可以快速部署新业务，简化网络层次，降低网络部署、运维成本。其中，SDN技术可以从设备中分离出网络设备的控制平面，将其放置到控制器上可充分发挥网络控制功能，进行集中控制。控制器掌握必需信息，上层应用程序可借助开放的应用程序编程接口（Application Programming Interface，API）来调用所需信息，弥补以往手动配置模式的缺陷，便于管理者对全网进行管理，促使业务部署工作效率提高，尤其在5G网络环境下，需不断对网络管理进行优化，以SDN来驱动整个网络系统[4]。同时，NFV技术主要是借助虚拟化技术、通用性硬件等进行软件处理，降低网络设备成本，并借助功能抽象、软硬件解耦改变以往网络设备依赖专用硬件的现象，实现资源灵活地共享，便于新业务的有效开发、部署，即根据实际业务需求进行自动化部署、故障隔离和恢复。

2.4 新型多天线技术

在5G无线通信技术环境下，对数据流量的需求比较大，而可用的频谱资源有限，亟须提高频谱利用率。多天线技术的应用可提高频谱效率和网络可靠性，尤其是新型大规模的天线技术，空间分辨率更高，能够满足多个用户使用同一时频资源进行通信，在不增加基站数量的情况下提高频率效率。同时，这一新技术能够提高发送功率，将波束集中于较窄的范围，增强其抗干扰能力，使其在网络可靠性、频谱效率、能耗等方面的优势得以凸显。

2.5 云计算技术

该技术主要应用于中央控制器，进行数据的存储，即在每个终端设备上安装存储软件、应用软件，便于工作人员借助网络读取和使用数据信息，从而可以确保中央控制信息、用户信息的安全性，并且使数据读取的速度加快，为中央系统运行创造良好的环境。同时，中央系统服务器包括应用层、对话层、网络层以及物理层这4个层（图1），其中应用层能够进行数据信息的变化，便于工作人员深入、全面地了解产品性能，提高用户信息使用效率；对话层能够生成一些传递协议，依据实际IP地址选择适宜的处置模式；网络层扮演着连接话层与物理层的角色，确保信息高速传递；物理层的功能是对数据进行搜集，从而实现5G无线通信技术信息交流平台的搭建。

图1 中央系统服务器层级

2.6 纳米技术

纳米技术作为5G无线通信技术的核心技术，其实际应用可以对数据系统内部的所有信息搜索形式进行聚焦，借助IP互联网传递模式实现网络信息的传递，在此基础上将数据信息导入用户终端设备。同时，经过纳米技术处理后的数据，系统会再次进行信号的布置，使数据信号质量提高，从而提高数据信息搜集效率。此外，对于工作人员而言，还可以应用纳米芯片对数据进行监管，使信息传递效率得以提高，凸显出该技术的优势[5]。

3 5G无线通信技术的具体应用

3.1 应用于安卓系统

现阶段，大多数移动智能终端所使用的系统为安卓系统，该系统作为Linux基础上的开放、自由源代码操作系统，在移动设备应用中起核心作用。安卓系统使用分层架构，被划分为系统内核层、系统运行库层、应用程序框架层、应用程序层这4个层次。其中，系统核心层应用到5G纳米核心技术，以解决硬件驱动分离等安卓基础性问题，并且安卓系统本身具有开放性这一特点，在实际应用中容易出现安全性问题，而5G纳米技术本身具有良好的保密性，将该技术应用其中能够提升加密等级，使用户信息安全性得以提高。

3.2 应用于光场相机

普通相机拍照的原理是借助主镜头来捕捉光线，在镜片后的胶片、感光器中进行光线聚焦，使光线汇聚成一个小点，将影像显示出来。与普通相机相比较，光场相机作为先拍照后对焦的照相设备，其原理是借助光场技术的作用，在拍照过程中无需对焦处理，只需要进行构图。一方面能够在极暗的环境中拍摄，另一方面可以对高速移动的物体进行拍摄，所拍摄的照片清晰度比较高，弥补以往拍照方式存在的缺陷，即充分利用自身抓拍这一优势，在焦距范围内拍照就可以随意选择焦点。同时，光场相机内置的软件能够扩大光场，有效追踪每条光线在不同距离上所呈现出的影像落点，经过对焦后就可以得到影像照片，并且光场相机自身的容量比较大，照片的储存会占据较大的空间，即对储存空间、传输速度等要求比较高。而5G无线通信技术本身具有储存量大、传输速度快等特点，正好满足光场相机这一要求。此外，将5G无线通信技术与光场相机相结合不仅可以满足相机的拍照需求，而且能够提高相片的像素质量，并且充分利用5G无线通信技术的优势能够加快图像传输速度，提高5G环境下光场相机相片的像素，以满足其数据下载速度和传输速率等方面的要求。

3.3 应用于其他方面

与4G无线网络技术相比较，5G无线网络技术在物联网中的应用以通信技术、互联网技术为信息载体，使具有独立功能的普通物体能够借助网络实现互通互联，更好地为用户服务。此外，基于5G无线通信技术，切片技术的应用为智能监测网络的构建提供了有利条件，通信运营商根据用户实际需求设置不同客户端至客户端的专用通道，为用户提供差异化的网络服务，满足多链接、大宽带的需求。

4 结 语

5G无线通信技术是在以往通信技术整合、扩展基础上所形成的新型通信技术，具有可靠性、节能性以及安全性等特点，将其应用于现代生活中能够推动科技发展、社会进步。同时，目前5G无线通信技术的应用还未全面普及，且存在一定的不足，亟须对其不断研发、改进，使其应用范围不断扩宽，加快城市信息化进程，促使社会高速发展。