浅谈5G移动通讯网络发展及应用

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Special Technology

浅谈5G移动通讯网络发展及应用

李 响

（成都列五中学，成都  610031）

摘要：自进入21世纪以来，移动互联网技术飞速发展，2G、3G之后，紧接着就是4G，终于5G也即将登上大众舞台。本文简要介绍了5G移动通讯技术及其发展历程，分析了5G存在的一些亟待解决的问题，阐述了5G中如MIMO、SDN、NFV、雾计算等核心技术，最后浅析5G的应用。

关键词：5G；MIMO；SDN；NFVdoi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.01.030中图分类号：TN929.5     文献标示码：A     文章编码：1672-7274（2019）01-0052-02

1 5G移动通讯技术

5G，即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通讯技术，5G中采用了的超密集组网（Ultra Density Networks，UDNs），以满足每平方公里百万级别的接入设计。1.1 发展历程

人类追求高质量通讯的脚步从未停止，从结绳记事到烽火狼烟，可传递的消息在时间和空间上的跨度愈来愈大。直到第一代移动通讯网络技术（1g）的面世，民众才体会到无线通讯的便利，此技术首先由日本的NTT（Nippon Telephone and Telegragh）系统实现，后传到欧洲[1]。到了八十年代，随着集成电路的发明，数字通信成为了现实，随后便涌现出了如GSM、IDEN等2g网络通讯系统。随着移动终端的更新换代，对数据流量的需求爆发式增长，第三代网络通讯技术（3g）应运而生，实现了移动视频通话、VoIP（网络电话服务系统）等服务。不久之后，4G也来了，网速更快，容量更大，更加灵活智能。早在2009年，华为

图1 大规模MIMO原理框图

技术有限公司便投身于对5G的研发，随后，韩国、美国、加拿大、

2.2 软件定义网络日本等国均跻身于5G的研究之中，5G也有望在2020年前后面

软件定义网络（Software Defined Network，SDN），其核心向民众实现商用。

是将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的1.2 5G发展中存在的待解决问题

灵活控制[4]。SDN可以使网络设备脱离固件的，以使其可以自从4G在全球普及后，5G的发展愈发迅猛，可在这迅猛的

像软件一样被轻松升级、扩容，SDN技术能够有效降低设备负载，发展速度下仍然存在一些尚未解决的问题。

协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本，成为（1）频谱资源分配不足

最具前途的网络技术之一。为实现上文中提到的超密集组网结构，蜂窝网的结构由传

统的单层结构网络变成了多层的无线异构网络（Hetergeneous 2.3 网络功能虚拟化

网络功能虚拟化（Network Function Vitrualization，NFV），和 Network，HetNet）。而这种异化结构所面临的问题，便是频谱的

SDN类似，可以让网络设备不再拘泥于硬件，它将网络节点分分配，由于不同的网络单元是复用频谱资源的，因此跨层和同层

割成几个功能部分，分别再以软件方式实施，其核心是虚拟网络的干扰会影响网络质量。

功能[5]。上文提到SDN的具有良好发展前景，而NFV可以促进（2）标准不统一

SDN的进一步发展，二者相辅相成，成为5G的核心技术。尽管5G技术前景广阔，但离正式商用仍有一段时间，且5G

2.4 非正交多址技术标准也尚未正式确定，技术操作性的互开放标准对于通讯产品的

蜂窝移动通信的无线接入技术通常以非正交多址技术互通十分重要，欧盟已向联合国提出申请统一全球5G标准，以

增强世界经济互通性。国际电信联盟也启动了5G标准研究工作，（NOMA）为核心。NOMA的本质即为通过提高接收机的复杂

度来换取良好的频谱效率。为满足5G的系统容量和吞吐量，其中包括IMT-2020（5G）等工作计划。

NOMA允许用户通过功率或码率复用以共享频率与时间资源，（3）连续广泛覆盖的高速移动网络

具有广阔的市场前景[6]。持续为用户提供高速的移动网络服务是5G所面临的另一挑

战，在高速移动的载具上，如高铁、动车上，在人流量极大的公

3 5G移动通讯技术的应用

共场合，如何保证5G所提供的高速网络不受这些外来因素的影

5G拥有更高的传输速率，更低的时间延迟，未来将应用于

响是现在各个5G研发团队的“燃眉之急”。而站址和频谱资源

各个领域中，将会极大的改善人们的通信交流方式，让人类的生

受限是最大瓶颈，如何充分利用站址和频谱资源是解决问题的关

活更加方便高效。按照5G移动通信技术的应用领域，大致可以

键[2]。

分为民用5G和军用5G两大类。

2 5G先进技术3.1 民用5G2.1 大规模MIMO系统在可预见的未来，民用5G技术将会深入到人类生活的方方

面面，加速普及物联网和云端化生活，以及提升智能交互。基于MIMO（Multiple-Input Multiple-Output），即多输入多输出系

统。如字面所见，网络信息由多个电塔发射，再由多个电塔接受，物联网的智能家居行业正在逐渐兴起，5G更高的传输速率、更

这种多径的传播方式便是MIMO。MIMO却将多径传播变成了一项有利条件，使其拥有了足够大的数据率，可以承载5G庞大的数据接收。硬件的发展使得大规模MIMO技术相较于传统的基站可以容纳更多的接入，可以更精准地定向传输数据，减小了用户之间的相互干扰。MIMO技术的本质，即是将天线分集和空时

大规模MIMO技术仍处于研发阶段，处理进行有机结合[3]。目前，

并取得了一定成果，但研发不够全面，仍存在一些问题，如理论和实际的实验条件不相符等。研究大规模MIMO技术在理论和实际方面都具有重要意义。图1展示了大规模MIMO原理框图。

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专题技术

短的时间延迟、更大规模和更低功耗，能够有效满足智能家居中各类设备的特殊需求，人类可以与物体之间进行流畅的“交流”。物联网时代也将真正意义上的到来。基于车联网的远程驾驶、编队行驶和自动驾驶得以实现，5G庞大的带宽容量和接近零时延的特性，正在让自动驾驶进入现实生活中，这将极大的方便人们的出行。5G将会运用到智能制造、智慧能源、智慧农业、智慧医疗和智慧城市等领域中，基于5G网络的远程医疗，将对农村的医疗现状产生深远变革，使得大山深处的人们能够在家门口就能看上专家号。5G智慧农业通过各种传感器可以实现随时监控土壤的湿度、温度和肥度等因素，并做出实时处理，从而提高农作物产量。

5G 时代的到来，4K甚至是8K视频将能够实现流畅地实时播放，人们可以在1s之内下好一部高清电影，5G极高的网络传输速率或许会让本地硬盘被云端取代，人类的生活、工作和娱乐都会有“云”的身影。5G能够满足AR和VR对带宽的巨大需求和需要大量的数据传输、存储与计算功能，将极大的改善基于AR和VR的游戏、电影等娱乐用户体验感，移动视频业务也将不断发展，一些领先的社交网络将推出基于AR和VR直播视频，提供身临其境的感觉和保证实时的互动性。总的来说，5G将极大改善人们的生产与生活，也将促进智能时代的提前到来。3.2 军用5G

一个国家的强盛，最直接表现于其的作战能力。战场瞬息万变，情报的掌握可以左右一场战役的胜负，与现有通信系统

DCW

相比，5G在传输速率和稳定性方面有质的飞跃，可以轻易地实现情报的对接和信息破译。在5G的情报交互网的保证下，可实现战场信息终端的互联互通，通讯达到近乎无阻碍的标准，显著降低军事行动成本，作战能力将在5G的加持下获得飞跃。5G亦可用于无人机和安防领域，实现实时高清视频的传输。

4 结束语

综上所述，5G无论被用之于民还是国家都大有益处，正所谓4G改变生活，5G改变社会。5G所蕴含的潜力不可估量，人工智能、物联网、车联网、智能制造等技术离不开5G的支持。尽管当前5G也还存在着一些问题，但随着科技的发展，这些问题将会被逐一解决，5G也将成为电信通讯方面又一里程碑式的技术。参考文献

[1] 石建.面向5G的移动通信技术及其优化研究[D].天津大学，2017.[2] 王梦莹.无线Mesh网络路由技术的改进研究[D].南京邮电大学，2013.[3] 张琦.面向5G的大规模MIMO无线传输技术研究[D].南京邮电大学，2015.

[4] 肖鹏.数据中心下软件定义网络的部署及应用[D].大连海事大学，2016.[5] 薛海强，张昊.网络功能虚拟化及其标准化[J].中兴通讯技术，2015，21（02）：30-34.

[6] 方小川.面向5G移动通信的天线技术研究及设计[D].电子科技大学，2018.

（上接第10页）对拍摄的图像进行即时传输，因此系统可以根据

监控需要随时进行车辆的图像监控。值得注意的是，进行图像监控通常需要占用较多的网络资源因此监控人员可设置较低的图像监控频率实现车辆的不定期监控，在紧急情况下也可进行视频监控。监控系统对所有的监控图像均进行保存，便于后续的查询和分析。

4.3 通信保障设计

为满足系统在无公网的情况下正常通信，系统通过采用数字集群、卫星通信、无线自组网络等通信技术，构建稳定、快速的通信网络，并在此基础之上，配置可视化终端设备，构成一种基于网络的可视化应急指挥系统。以基于无线自组网络构成现场可视化应急指挥系统为例，整个基于网络的可视化应急指挥系统解决方案由15台无线自组网络便携式节点设备、1台可视化指挥控制终端、1台无线自组网络管理终端和相关附件组成。系统整体构成如图6所示：

图6 应急通信系统整体构成图

5 未来应急管理展望

广州市供电局已开展《应急指挥管理应用升级完善》项目，实现完成“应急一张图”功能升级完善，全部功能建设完成预计到2018年底，主要建设功能如下：

（1）信息交互全面贯通：应急预警及响应信息以语音呼叫和短信形式通知到人；应急处置卡同步推送到人，明确应处置要点；利用移动APP功能实现现场灾情图文并茂实时报送，联动物资需求申请，精准提供物资配送点定位信息；上级应急指挥指令准确下达及执行情况跟踪；应急报表自动统计上报。（2）应急通信全方位衔接：整合公网、专网、自组网、卫星通信各类应急通信资源，充分衔接外部通信资源，实现语音、视频、多媒体等应急现场信息回传至应急指挥中心集中展示，实现可视化远程指挥。

（3）资源调配可观可控：整合应急资源，辅助应急指挥人员科学指挥决策，主要包括：应急抢修队伍动态、应急物资配送动态、大型应急装备调拨动态、应急通信装备动态、重点保供电场所、重点设备等。

（4）灾情风险有效联动：气象动态信息与GIS系统联动，实现电网灾情预判评估，充分导入台风、滑坡、泥石流、洪水等数据，预判电网受灾情况，预判可能存在的电网、设备、人身风险，进而为动态应急指挥决策提供依据。（5）专项应急突出重点：总结提炼重大保供电应急工作经验，固化重大典型保供电应急工作流程，整合相关资源，与保供电系统有效衔接，实现对保供电场所、重点设备、队伍、装备动态监控。基本实现十九大重点保供电场所、保供电设备、保供电接线图、应急队伍、装备等信息一张图展示，实现对保供电态势全方位掌控。针对财富全球论坛保供电，继续完善“应急一张图”功能。（6）外部系统互联互通：对内实现与“6+1”系统、调度OS2系统、雷电定位系统、变电站视频监控系统、95598及客户服务调度系统、新闻舆情监控、保供电系统、快速复电、安全监管APP等系统的集成。对外保持系统可拓展性，衔接应急、政务系统、交通管控、气象系统、地质灾害等系统，做到政企应急信息互联互通。

（7）日常管理严谨细致：包括应急规章制度、应急预案和演练、应急培训，应急队伍、应急专家常态化管理，应急物资、装备管理，重要用户，应急后评估全过程信息化等。

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