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5G通信技术的研究与应用分析

2021-10-27陈剑锋肖雅文

通信电源技术 2021年10期
关键词:宽带天线基站

陈剑锋,肖雅文

(中国人民解放军75842部队,广东 广州 510000)

0 引 言

5G是第五代移动电话行动通信标准,也叫做第五代移动通信技术,是4G技术之后的新一代技术。按照IMT-2020(5G)推进组的定义,5G应该具有标志性能力指标和一组关键技术。其中标志性能力指标指的是“Gbps用户体验速率”,一组关键技术主要包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入以及新型网络构架5大部分[1]。此外,5G具有速率更高、带宽更宽、可靠性更高以及时延更低等技术特点。随着5G技术带宽和通信能力的提升,面向各类用户的移动应用发展迅猛,移动通信相关产业生态逐渐变化,5G技术的用户体验也将得到大幅度提升,形成智能网络[2]。

1 5G通信技术关键指标

2015年,在5G的愿景研究阶段,国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)提出未来5G将在社会各个领域得到运用,信息将突破时空界限,使得万物实现互联互通,由此国际电信联盟对5G指标进行规定。其主要包含如表1所示的8个方面的关键技术指标,而不是只关注单一峰值速率目标,兼顾考虑了业务内容和应用场景[3]。

表1 5G的8大关键技术指标

2 5G产业链分析

2.1 5G产业链的基站系统

基站系统包含3大部分,分别是天线、射频以及小微基站。5G具有更大的网络容量和全频谱接入需求,基站系统的演进方向主要包括大规模天线技术、天线射频模块集成、小微基站与室内分布等几方面,这也是5G发展基础条件[4]。

为了满足各种应用场景的实际情况,要对5G网络架构进行颠覆性改造,变革的过程要用到软件定义网络和网络功能虚拟化技术,形成各种能力集,最终形成虚拟化的网络功能,使得资源更为集中。产业链的环节有4个重要部分,分别是通信网络设备、通信的光纤光缆、光传输模块以及网络规划等,其中最为重要的是通信网络设备解决方案[5]。

2.2 5G产业链的移动通信运营商服务

5G产业链中游为移动通信运营商服务,运营商是5G产业链中连接普通消费者和设备上游的重要渠道。中国三大运营商为中国移动、中国联通以及中国电信。在5G发展前期,运营商是通信设备的主要消费者;而在5G发展中后期,运营商是网络的主要维护者[6]。

2.3 5G产业链的终端设备和应用场景

5G产业链下游包括终端设备和应用场景,通过终端和应用将5G技术应用在手机、汽车、家电、工业、AR/VR以及医疗等领域。

当前的5G时代,用户和设备均是信息的载体,信息在交互的过程中,将更加突出终端具有的平台化属性[7]。现今的5G终端设备不仅包含了智能手机,同时也包含了具有更深和更广商业应用价值的其他终端,如无人驾驶汽车等。智能手机、物联网、车联网等设备的通信模块、基带芯片以及射频天线是构成产业链的重要环节[8]。

3 5G技术应用情景分析

在ITU召开的第22次大会上,提出了5G技术未来主要的3方面应用情景(图1),分别是增强型移动宽带(enhanced Mobile Broadband,eMBB)、超高可靠与低延迟的通信(ultra-Reliability and low delay communicationS,uRLLC)以及大规模机器通信(massive Machine Type communications,mMTC)。其中增强型移动宽带是针对移动通信提出的,而超高可靠与低延迟的通信和大规模机器通信更多关注的是物联网[9]。

图1 5G技术的3大类应用情景

3.1 增强型移动宽带

增强型移动宽带延续了4G时代的移动宽带,是电信运营商目前最为核心的商业应用场景。eMBB是最早实现商用的5G场景,其发展前景十分清晰,为用户提供高数据速率和高移动性方面的业务需求。与此同时,电信运营商也在突破4G时代的业务场景边界,在服务中加入了4K甚至8K超高清视频、虚拟现实以及云服务等几大业务,广泛应用于目前的融媒体、智能教学、智慧旅行以及智能安防方面,也已经成为了5G时代的基本业务应用。

3.2 超高可靠与低延迟通信

超高可靠与低延迟通信是5G区别于2G、3G、4G通信网络升级换代的一个典型场景,也是移动通信行业切入垂直行业的一个重要突破口,成为多产业融合的信息化革命的推手,广泛应用于智能网联汽车、智能制造、智慧电力以及智慧医疗等更领域。

3.3 大规模机器通信

大规模机器通信主要面向的是物联网业务场景,不要求过高的网络感知实时性,但是要求更密集的终端数量。mMTC是在现有NB-IoT/e MTC物联网云平台上延续而来,与传感资产标识信息结合,承载的机器类通信更为密集。物联网在人们日常居住、工作、休闲以及出行领域发挥更大作用,最为经典的应用场景有社区或者园区的智慧安防系统、企业的资产与人员管理系统、写字楼的智慧管理系统等,同时在城市的市政、环境、物流、农业等领域的管理上也表现突出[10]。

4 结 论

5G技术的发展为人们的日常生活、劳动生产以及出行带来了巨大的便捷,可以满足人们多样化的业务需求。5G正在以非常快的速度向其他行业渗透,与机器设备、医疗设施以及交通工具已经实现了一定深度的融合,使得这些领域的发展模式发生了巨大变化。同时,5G将打破传统的通信模式,在世界范围内构建起更为开放、融合与创新的通信架构体系。

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