浅谈5G核心技术的应用和发展难题

崔健

摘 要：随着移动通信技术的不断发展，大量信息需要与之相匹配的处理速度，以进行信息的快速交换。换而言之，5G解决了4G在数据处理方面所遗留问题。面对海量数据处理，国家和社会对于数据处理速度便有了更高的要求，海量的数据处理需求促进了移动通信技术版本的更迭。5G作为新技术，其具有“传输速率的提高、延迟的减小、可持续发展性、信息容量的增加以及大型连接设备数量上的增多”五大特性。5G技术的优势在于，其与物联网和工业互联网等技术进行高度融合、是智慧型社會基础建设的关键技术等。由于融会贯通各项技术，这可使得重型机械和生活化设备完成自行优化和迭代、完成供应链与生产链的简化和降低运营维护的成本以及加固网络安全性能。

关键词：5G;核心技术;应用;发展

1 5G简述及特点

5G技术是指第五代移动通信技术，是当前最新一代的成熟的通信技术，相较于原有的通信技术来说，其多方面性能有了较大的改善。以往每项通信技术的更新过程，都对我国各方面的建设有着重要的影响，人民的生活方式也产生了较大的改变，而5G通信技术的出现，更好地融入了各行业，在更大程度上促进了各行业的发展。5G通信技术对时延、带宽、连接性等方面都有提升作用，能够为当前信息化建设提供更加便捷、有效的技术支持，也能够在较大程度上改善传统设备的形态，从根本上为人们提供便利，促进众多行业的建设与发展。例如，5G通信技术能够在一定程度上改变移动设备的形态，如将平板电脑等改变为可以佩戴、投放的设备，有效解放人们的双手，提高设备使用效率。

5G通信技术在实际应用过程中，主要有以下几个方面的特点：（1）能够广泛应用。就以往的通信技术来说，在相对偏远的地区信号相对较差，难以保证人们的有效使用，5G通信技术以其较快的速率和较大的带宽，有效提升了用户的使用效果;（2）更加稳定。5G通信技术可以应用于高速移动的设备中，例如：地铁、高铁等，由于其能够提供更加稳定的使用效果，在高速移动的设备中得到了较多的应用;（3）能够满足较高人流量的需求。随着当前通信技术的普及，手机入网已经成为普遍现象，以往的通信技术使用过程中，尤其是在人流量相对较大的地方，网络就会出现卡顿等问题，影响用户的入网体验，5G通信技术的出现，能够有效解决这一问题，即使是在人流量较大的车站内，也能够很好地满足人们的实际需求，保证人们的上网体验;（4）体系更加完善。3G与4G时代，网络体系虽然在不断完善，但更多是进行人与人之间的传输，而5G通信技术的使用能够在较大程度上完善网络体系，促进人与物、人与人以及物与物之间的有效网络连接。

2 5G技术现状

2.1 标准发展

目前通讯标准是由3GPP（3 r d G e n e r a t i o n Partnership Project）制定。3GPP是全球性的通讯技术标准制定组织，由众多会员组成。5G技术的第一版标准R15在2018年冻结，通过多个技术变革解决增强移动宽带，大幅度提升速率。第二版本R16于2020年冻结，重点解决u RLLC（ultra-Reliable and Low Latency Communications）和m MTC（massive Machine Type Communications）场景，满足5G在垂直行业应用需要。根据3GPP技术标准规划，后续版本R17于2020年启动研究，解决完成5G发展过程的问题。

2.2 我国5G产业发展

2019年6月6日，工信部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电颁发了四张5G商用牌照，我国正式从4G进入5G时代。

国家在建设5G网络基础设施的同时，也在积极推动5G应用的发展。2019年11月工信部印发了《关于印发“5G+工业互联网”512工程推进方案的通知》，在工业互联网积极推动5G应用融合，确定了我国“5G+工业互联网”的发展目标。2020年3月，工信部印发《关于推动5G加快发展的通知》，提出在5G网络建设同时，还需要继续增强5G研发投入力度，建设更多的应用场景。

5G建设已经成为新基建的重要领域，支撑经济社会向智能化、网络化、数字化转型，在促进消费投资、扩大就业机会、创造新型应用等方面潜力巨大。在疫情防控期间，5G在医疗行业进行了多项应用实践，包括5G+远程会诊、5G+测量体温等，在疫情防控中发挥了积极的作用。

3 5G技术的核心技术

3.1 新的无线电频率

新无线电是5G技术被3GPP所创建的新场景，其中有FP1和FR2这两个不同容量的频带。当频率范围小于6 GHz时，使用FR1。其最大带宽达100 MHz，在此范围内，连续性频谱是十分稀少的，而5G系统使用最频繁的在3.5 GHz左右。在韩国的移动通信运营商户中，就是运用了该频段，此外，其也分拨了FR2的频谱。当频率范围大于24 GHz时，使用FR2。其最小带宽达50 MHz，最大达400 MHz，其双信道复合使用是由3GPP R15所支持的。在此范围内，300 GHz的频率允许5G技术使用，其随着频率的升高，抗其余信号干扰能力愈来愈强，因而5G技术每米可支持的移动通信设备多于4G技术近千台。5G可以使用比4G更高的频率，但因为这样，5G信号则不能远距离传输。于是每隔几百米就应当设置一个5G基站，促使信号传播的有效性。此外，由于高频电磁波的穿透性较差，这些高频5G信号不能轻易穿透固体障碍，如墙壁、树木、汽车等。

3.2大规模MIMO阵列天线技术（多输入多输出）

大规模MIMO阵列天线技术，是多输入多输出技术之一。该技术运用天线数量的增加，进而扩大扇区的吞吐量和容量密度。其天线是由嵌入式无线电的收发机器组成的，可进行单独调控。在世界上多个5G系统的技术性展演中，有90余个涉及了该项技术。该技术在图像处理领域，使用云服务器的边缘计算，可以减少数据拥堵和延迟等情况发生。

3.3小蜂窝基站和波束成形

小蜂窝基站是适用于在10 m～30 km内的无线电频谱范围，也是一种功耗低的无线通信信号的接入点。其对于5G技术的意义重大，由于5G使用的频率比4G高，因此，5G技术的无线电波只能实现近距离传输。而波束成形技术应用了电波来指引用户群体，其实现方式是天线阵列的排列组合，以完成某给定方位的信号得以正向输出。此外，其他方位的信号将被破坏，因而实现高质量的无线通讯信号和传输速率。4G中的长期演进技术（LTE），结合了无线局域网技术（Wi-Fi）。長期演进技术带来了科技便利，其应用范围从蜂窝到局域网的聚合，再从单一化的硅设备到多种无线电信号传输技术共同发展。在此发展过程中，4G也从5G过渡，多种网络技术的聚合与发展为广大人民群众带来了低成本、低功耗与高简化。

3.4 NOMA（非正交多址接入技术）

NOMA（非正交多址接入技术），被称为是面向未来发展的多址接入技术。其方便了数个用户共同享有同一时间、频率和扩频码资源，其分配方式是功率分配。在该方式下的通信过程中，用户均享有完整带宽、低延迟和高传输速率的资源。在接入方式中，该技术应用了电源域管理，当面向不同的用户时，选择不一的功率级。

4 当前5G技术的发展趋势

4.1 5G要有明显突破

现阶段，随着人们生活水平、生活质量的不断提高，让5G技术在通信技术中脱颖而出，其代表了新的移动数据。同4G、3G、2G相比，5G的突破更大，不仅网络速度会持续增加，且相关技术与器械也会进一步增强。在4G技术中用户使用依然不断发生问题，如信息数据的传输质量、传输的安全性等。而在研发5G技术时，就应重视4G网络问题并想法将其改变，以把技术化、先进化特征更加明显的移动通信平台建立起来。

4.2 5G技术的传输效率高，范围覆盖广

如今，快速发展的社会与互联网无疑均为5G技术的发展与应用提供了良好的先决条件。5G技术同3G、4G等技术技术相比，其在信息数据传输方面具有更快的速率，可应用于各类智能化产品中，快速的传输和处理数据、信息，让现阶段的诸多得到有效解决，如传输效率慢、数据信号不稳定、数据不安全等，把更好的体验感带给用户。与此同时，不断提升的5G技术，在一定程度上也会增强网络体系，拓宽网络覆盖面，增强网络影响。另外，还会增强人们在室内的网络信号，为人们的生活和发展带去极大的便利。5G技术的发展，除了在技术上体现出来外，也会降低息技术的发展成本，将技术的特点结合起来，建立健全通信管理质量，把通信成本有效降低，进而合理分配通信资源，减少一些无谓的时间、金钱及人力的损耗，促进相关单位经济水平的显著提升。

5 结语

5G通信系统是庞杂的，它所建立的网络，不但需要加快网络传输速率，还有大带宽、低噪声、高效率、高可靠性等要求。在5G通信系统的应用中，将全面推进物联网技术和移动互联网技术的发展，另外，5G技术对于二者相结合也有促进作用，为用户的出行和生活方式带来新方式和新感受。5G技术是社会进步的基石和世界贸易体系的粘合剂，必将会比4G发展更加蓬勃。

参考文献：

[1]孔庆玉，商文宇.5G核心技术研究发展探析[J].中国管理信息化，2019， 22（19）：159-160.

[2]潘博磊.5G网络新技术及核心网架构[J].信息与电脑（理论版），2019 （16）： 172-173+181.

[3]许婧，徐新萍.试论5G移动通信核心网关键技术[J].中国新通信，2019， 21（09）：28.

[4]卓松华.浅析5G通信的核心技术[J].中国新通信，2019，21（07）：20.