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摘要：随着网络技术的不断发展，人们的生活越来越趋向信息化，移动通信从2G 走向4G 后再次迎来了5G时代。笔者结合自身工程实践，对5G移动通信关键技术及应用进行了探讨。
关键词：5G 移动通信网络 关键技术
1、5G移动通信技术简介
5G，全称第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，在此之前，全球移动通讯技术经历了从2G到3G再到4G的阶段变化，在经过数年的研发之后5G应运而生。5G通讯技术与4G通讯技术的最本质的区别就是5G的网络会让用户始终处于线上状态，网络的使用已经不再局限在手机上，一切智能设备例如智能手表、健身腕带、智能家庭设备等都可以联通5G网络，极大地扩充了用户设备的数量，将网络便利提供给更多需要的设备和仪器中。5G网络具有以下几个主要的性能指标：一是数据传输速率不低于1Gbps每秒，在此速度下，下载一部8k 画质的电影只需要几秒钟时间，超高的下行速度为人们生活、办公和娱乐提供了便利；二是通信容量极高，每平方公里内的连接数可以大于一百万个，从而为万物互联提供了技术支持；三是延迟响应时间极短，4G网络的网络延迟时间约为50毫秒，而5G网络的延迟时间将低于1毫秒，从而为无人驾驶、自动化工厂等需要保证高精度的项目提供了网络安全保障；四是可支持500km/h以上的移动速度，从而保证信号的稳定传输。
2、5G移动通信技术特点
与现阶段的移动通信技术相比较，5G移动通信技术需要表现上更强的优势，满足超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性的需求，确保5G网络将向性能更加优质、更加智能、功能更加灵活方向发展，和目前的4G相比，5G移动通信技术的特点可以从下面几点来说明：
2.1增加数据流量
未来移动数据流量的发展趋势可能是现在的1000倍左右，5G移动通信技术需要超高流量密度、超高连接数密度及超高移动性的接入要求，吞吐量在繁忙之时需要提升，同时进一步提升网络的频谱效率。
2.2扩大联网设备的数目，网络运营更加智能
近年来智能终端快速发展，5G移动通信技术需要具备将全面提升智能感知和决策能力。与4G相比，5G网络覆盖的范围内，职称的设备数量应该增长100倍以上，并能够快速通
过对地理位置、用户偏好、终端状态等特性的实时感知和分析，实现数据驱动的精细化网络智能功能部署。
2.3提高用户速率
5G以用户体验为中心，支持丰富的移动互联网和物联网业务需求，对于一些较为特殊的用户速率可提升至100Mbit/S。同时在核心网方面，网络功能在演进的分组核心网(EPC)基础上进一步简化与重构，提供更加高效灵活的网络控制与转发功能。
2.4降低网络能耗
5G移动通信技术的发展遵循绿色低碳和低能耗的发展路线，在和当今同等能耗水平的基础上，能提高1000倍的流量需求。同时，5G将以更开放的网络支撑新产业生态和垂直行
业的应用需求，实现与第三方应用的友好互动，强化定制服务，刺激业务和网络创新环境，最大限度地优化网络服务价值。
2.5运营商运营成本低
4G移动通信技术发展到5G移动通信技术，开发重点是无线网络的软配置。这意味着运营商们可以根据客户所办理的业务流量，及时调整整个网络资源，进一步降低成本。
3、5G 移动通信关键技术分析
3.1网络切片技术
如果把网络比喻为交通系统，车辆是用户，道路是网络。随着车辆的增多，城市道路变得拥堵不堪，为了缓解交通拥堵，交通部门不得不根据不同的车辆、运营方式进行分流管理，比如设置BRT 快速公交通道，非机动车专用通道等，网络亦是如此，要实现从人-人连接到万物连接，连接数量成倍上升，网络必将越来越拥堵，越来越复杂，我们就得像交通管理一样，对网络实行分流管理——网络切片。
网络切片，本质上就是将5G的物理网络划分为多个虚拟网络，每一个虚拟网络根据不同的服务需求，比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分，以灵活的应对不同的网络应用场景。
5G 网络将应对三类场景：
1、eMBB（Enhanced Mobile Broadband）增强型移动宽带:主要针对Gbps级的移动宽带数据接入，三维立体视频、超高清8K视频、云工作、云娱乐、增加现实等对宽带要求非常高的场景
2、mMTC（Massive Machine Type Communication）大规模机器类通信：主要针对物联网、智慧家庭、智慧城市、智能楼宇等覆盖范围广、数据包小、成本低、功耗低等要求的场景
3、uRLLC(Ultra-reliable and low latecy communication)超高可靠与低延迟通信：主要针对无人驾驶、远程医疗、工业控制和紧急任务等对可靠性要求高、时延要求小的场景。
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在5G时代，移动网络服务的对象也不再是单纯的移动手机，而是各种类型的设备，比如移动手机、平板、固定传感器、车辆等等，在应用场景多样化之后，这就为网络切片提供了用武之地，通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络，从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络，这是非常节省成本的! 而且很容易理解网络切片的价值了。
然而要实现网络切片，网络结构虚拟化是先决条件，网络采用NFV （Network Function Virtualization）网络功能虚拟化和SDN （Software Defined Network）软件定义网络后，网络切片才能真正实施。
其中SDN对应的是OSI模型中的2-3层,即网络层和数据链路层，主要是优化网络基础设施架构，比如以太网交换机，路由器和无线网络等，NFV对应OSI的是4-7层，即传输层、会话层、表示层和应用层，主要是优化网络的功能，比如负载均衡，防火墙，WAN网优化控制器等。SDN/NFV是5G移动通信中网络创新的关键，能够实现软件化和虚拟化要求，对数据分离组合进行控制，组合应用SDN技术和NFV技术能够确保5G移动通信技术满足各类业务需求，通过网络切片，为后续5G商业应用和创新的业务模式打下坚实的基础。
3.2MEC (Multi-Access Edge Computing)多接入边缘计算
在5G未来发展中，会显著增加视频业务，音频业务，随着信息快速增长会对用户访问互联网质量造成影响，视频、音频、游戏等高带宽占用率的负载占比越来越高，移动网络在MEC边缘云架构的帮助下有望将网络延迟降低50%，能有效解决传输时延、网络拥堵的问题，同时带来管理功能的灵活性，该项技术能够有效支撑5G网络用户实时的访问。该网络架构可以有效削减了核心网的压力，也降低了长距离传输可能引发的网络故障，减少负载带宽占比以及提升连接效果等，确保用户能够就近获取信息，有效缓解网络堵塞问题。
3.3超密集异构网络
在研究5G网络技术时还存在较多未知领域，该类移动通信技术能够实现智能化，网络多元化特点，超密集异构网络能够使5G移动通信技术实现高数据流量。在无线网络发展过程中，会相应增加无线节点数量，站点在宏站覆盖区内能够实现10m以内距离设置，在每1平方千米内能够为至少2万个用户提供服务。超密集异构网络还能够活跃用户，使其亲自感受到网络的高速度。在5G 移动通信技术未来发展中。能够一一对应服务节点和用户节点，
明显加快上网速度。当前，群众对于无线网络的需求量也在不断增加，在多数区域内都覆盖了无线网络，为人们的生产生活提供较多便利，因此5G移动通信技术在未来发展中也会不断完善无线网络通信方式。
3.4 D2D通信
在未来5G 移动通信技术发展中，需要全面提升频谱效率和网络容量，以求获得更高的用户体验。所以，在未来5G 移动通信技术中D2D 技术也属于关键技术。
D2D 技术是以蜂窝系统为主的数据传输技术，该项技术能够在重点间隙实现传输，不需要依赖基站转发，例如无线资源分配、会话建立以及移动性管理等控制信息信令还需要由蜂窝网络负责。将D2D 通信引入到蜂窝网络中能够简化基站压力，还能够有效缩短端支架的传输延时问题，全面加强频谱效率。当无线通信基础遭受破坏时，终端可以通过D2D实现端之间通信。在5G 移动通信技术中能够授权频段布设该类网络通信。
3.5 大规模MIMO技术
此技术就是一种大型天线系统，在实际应用期间能耗比较低，且经济性比较高。在通信技术发展中多天线技术属于核心技术，多数学者都深入研究和探索了MIMO 技术在3G和4G网络中的应用。在5G移动通信技术中还需要深入探索该项技术。为了确保5G移动通信技术的应用效果，应当不断完善和优化多天线技术。在移动通信技术中天线数量也属于重要指标，会直接影响频谱效率和信息传输。
4、5G移动通信技术的应用
4.1智能设备互相连接
在第五代移动通信设备开始投入使用之前，全球网络还是第四代移动技术的天下，在4G 被广泛使用的基础上，家电行业以及随身型的设备研发也在往智能化靠拢，人工智能的发展也在研发当中，但是受当时网络的限制，智能化的普及并没有很好的实践效果。而现在5G 的出现则打破了这一局面，其传播的信息量与先进的技术、近乎实时的传输速度将为设备的智能化、互联化提供技术支撑，为物联网技术支持下智能设备的相互连接打下基础，未来的智慧城市建设，物物相连通过5G 通信技术将会得到进一步的发展和突破。
4.2 获得移动设备体验虚拟现实的可能性
传统意义上来说，体验虚拟现实需要通过在特定的场所使用特定的大型设备才能够体验，这种体验过程有极大的不便性，也直接导致虚拟现实的体验在目前并没有得到广泛普及。而5G网络的出现使移动设备端体验虚拟现实成为了可能，第五代移动通讯技术以稳定的传输技术、高速的传输速度将实现虚拟现实的多个设备连接到一起，一方面可以提高了网络传统速度，同时也能够实现用户对于虚拟现实的体验，使用户足不出户就可以在家中使用各种虚拟现实设备，极大地方便了人们的生活与娱乐。
4.3 生活云端化
目前，很多软件都提出了云服务，这种云服务主要是在网络终端建立一个平台存储用户的个人信息和需要保存的资料，而第五代通信技术也将网络云端化提上了日程。目前5G 的云端服务有两种发展趋势：从中心云发展成为边缘云；从边缘云发展到移动设备云。这两种发展趋势将使我们未来在生活、办公等诸多场景中更加方便，网速的提升将使网络云盘取代传统硬盘，人们无需再随身携带固态存储设备，只需要在有网络的环境下登录自己的账号，就可以实时上传下载需要的资料、文件、视频等内容，从而方便我们的生活，拥有良好的娱乐和办公体验。
4.4 交互智能
现代化社会的高速发展对应的是人们越来越高的生活需求，人们在日常生活中渴望解放双手，期盼着世界的智能化进程发展越来越好，这是对智能家居以及各种无人化的智能设备提出的要求，基于传统的第四代移动通信技术，这种需求并不能得到满足，但是在第五代移动通信技术开始面市后，为智能化的普及提供了最基础的技术支撑，在5G 得到普及以后，各种设备之间的交互联系将成为可能，从而在智慧交通、智慧医疗、智慧教育等领域发挥重要作用。
结束语：
5G移动通信网络是目前移动通信领域的一个重要研究方向，各国正逐渐加大对5G通信技术的研究和投入力度，预计在2020年，实现5G技术的广泛应用，更快的传输速度、更低的延时及海量数据连接不仅对个人生活产生深远的影响，同时给社会发展带来变革，驱动和新的应用场景及新的业务形态，创造“万物互联”的新时代。
参考文献：
[1] 陈鹏,刘洋,赵嵩,朱剑驰. 5G关键技术与系统演进[M].北京:机械工业出版社,2016.
[2] 翁武林.关于第五代移动通信探讨[J].中国新通信，2014.
[3] 董爱先，王学军.第５代移动通信技术及发展趋势[J].通信技术,2014.
论文作者:林国荣
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/9/17
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