5G通信技术应用场景及关键技术分析

李竟竟

摘要：针对5G通信技术，在介绍其应用场景的基础上，对其自组织网络、内容分发网络、D2D通信和M2M通信几种关键技术进行深入分析，旨在为5G通信技术更好的应用，实现各预期目标提供一定技术参考。

关键词：5G;应用场景;关键技术

5G是第五代移动通信技术的英文简称，是全新一代蜂窝移动通信技术，同时也是2G/3G/4G之后的重要延伸。其重要目标在于提高数据速率、缩短延迟、减少能耗、减少成本、增加系统容量与大量连接设备，应用场景多种多样，而这些目标的实现都有赖于对关键技术的应用。

一、5G应用场景

基于5G网络，可以使无线网络业务从过去的人之间通信变为人和物之间以及物和物之间相互通信，即实现所谓的万物互联。与5G可以提升的各类性能相对应，采用5G网络后，能实现高移动带宽方面的业务需求。根据过去的相关统计结果，到2025年，对于AR/VR市场，其规模可以突破1820亿美元。想要达到预期效果，单用户带宽就需要达到至少200Mbit/s，同时为避免使用者产生眩晕感，时延不能超过20ms，基于此，必须借助5G技术才能满足数据传输要求，使其达到预期的商用目标[1]。5G技术可以为家庭提供全新的接入方案，采用无线接入取代现有方案，能更加灵活和方便的进行部署，并能节省相应的投资。车联网先后经历了以有线通信为核心的路侧单元和以2G、3G及4G网络为核心的车载信息服务，现在的车联网在通信技术支持下，正在向更高水平发展，开始进入到自动驾驶的全新时代。根据各国的发展规划，通过对5G网络的合理应用，可以在2025年实现对自动驾驶汽车生产，其市场规模可以达到至少1万亿美元。由于电网对运行安全性和可靠性提出了很高的要求，而且还具有全覆盖特性，所以智能电网需要在做好海量连接的基础上，使可靠度达到99.999%以上。大量终端设备在相同的时间接入和在20ms以内的时延，时其运行保持安全与可靠的基本需要。5G网络应用场景、能力要求和关键技术之间的关系如图1所示。

二、5G关键技术

（一）自组织网络

在以往的移动通信网络当中，大多采用人工进行网络部署与运行维护，这样不仅需要耗费大量的资源，而且还会增大运行成本，网络优化效果也无法达到预期。而对于5G而言，将面临到不同方面的挑战，包括网络部署、网络运营与网络维护，其原因为网络涉及不同的无线接入技术，并且不同的网络节点，其覆盖能力有所不同，相互关系也错综复杂。基于此，自组织网络由于具有智能化特点，所以必将在5G网络中发挥出重要作用，成为一项关键技术。通过对这项技术的应用，能有效解决以下两个方面的问题：第一，在网络部署阶段实现自规划与自配置;第二，在网络维护阶段实现自优化与自愈合。其中，自配置指的是对所有新增网络节点进行的配置都可以做到即插即用，以此在降低安装难度的基础上减少成本。自优化的主要目的在于减少实际业务工作量，提高网络质量，增强性能表现。自愈合是指对系统问题进行自动检测和定位，并及时排除故障，以此在降低维护成本的基础上，防止影响到网络质量及用户体验。而自规划的主要目的在于对网络实施动态规划，并对其予以严格的执行，以切实满足容量扩展和业务实时检测等方面的要求[2]。

（二）内容分发网络

在5G网络当中，直接面向于大量用户的不同业务需求快速增长，使网络流量呈几何增长，这样会对网络访问服务造成影响。怎样有效的对大流量业务进行分发，缩短用户获取到想要信息的时延，是运营商必须解决的难题之一[3]。只通过增加带宽无法解决问题，而且还会受到网站及路由等因素的影响。以上问题都和服务器间距存在密切的关系。采用内容分发网络能为5G网络提供可靠支撑，增加容量，提高用户访问网络的服务质量水平。对于内容分发网络，它是指在现有的网络结构中增加新层次，也就是智能虚拟网络。内容分发网络系统能对不同节点所处的连接状态和负载情况等进行综合考虑，然后将不同的内容分发到与用户相靠近的服务器，使用户能够就近的获得需要的信息，以此缓解网络拥塞，缩短响应时间，并加快响应的速度。内容分发网络的网络架构为在用户侧和源SERVER之间建立若干代理SERVER，以此在有效降低延迟的基础上，有效提高QOS。在用户发出了内容请求之后，若源服务器在之前就接收到过类似请求，则这一请求会被内容分发网络重定向至与用户相距最近的代理服务器，然后由代理服务器对内容进行发送。基于此，源服务器仅需将相应的内容发送至代理服务器，即可使用户利用带宽充足且距离最近的代理服务器进行内容获取，以此降低网络的时延，同时增强用户服务体验。伴随云计算技术和移动互联网技术不断发展，这项技术将向着专业化和定制化的方向快速迈进。

（三） D2D通信

对于5G网络，其容量和频谱效率都必须得到提升，提供更多通信模式和良好用户体验对5G而言是重要的演进方向。D2D通信作为设备之间的通信，在提高系统性能、提升用户体验、缓解基站压力、保证频谱实际利用率等方面具有良好的应用前景。基于此，在5G网络当中，D2D可作为一项重要的关键技术。对于D2D通信，它是将蜂窝系统作为基础形成的可对数据进行近距离实时传输的技术，使数据在不同的终端之间完成传输，无需在基站中进行转发，并且所有控制信令都能通过蜂窝网络实现。在蜂窝网络中采用D2D通信，能有效减轻基站的负担，缩短端到端信息传输时延，大幅提高频谱效率，并能减小终端的发射功率。如果无线通信设施发生故障或被损坏，则终端可以利用D2D进行端到端通信，在条件允许的情况下，还可以接入到蜂窝网络当中。对于5G网络，不仅能在授权频段对D2D通信进行部署，还能在非授权频段完成部署[4]。

（四） M2M通信

M2M在物联网中是最为常用的一种形式，目前在很多领域都有所应用，包括智能电网、安全监测、城市信息化和环境监测。早在3G时代，就对M2M制定了相关标准，同时立项开始对其关键技术进行分析研究。对M2M给出的定义，可分为广义与狭义。其中，广义上的M2M指的是对设备之间、人和设备之间以及网络和设备之间进行通信，包含所有实现通信的相关技术;而狭义上的M2M指的是设备间通信。对M2M而言，智能化和交互式是它的主要特征，基于这一特征，设备将更加智慧和智能，为5G网络的应用奠定良好基础，提供可靠的硬件支持[5]。

三、结束语

综上所述，5G不仅仅是一场重要的技术革新，更重要的是它蕴含着千万亿级的市场。5G通信技术应用场景更加多样，想要实现预期的目标，需要得到各项关键技术的大力支持，包括自组织网络、内容分发网络、D2D通信和M2M通信等等。

参考文献：

[1]何琦，高聪慧，单彬.5G通信技术应用场景及关键技术分析[J].无线互联科技，2020，17（02）：111-112.

[2]何国华，施虹，赵伟.浅谈5G通信技术应用场景和关键技术[J].数字通信世界，2020，11（01）：52-53.

[3]贾聿庸，汤建欢.5G关键技术与应用场景分析——以个性化定价的概念展开[J].互联网天地，2019，11（10）：24-28.

[4]夏彦东，邓宁静.卫星导航与5G移动通信融合架构的关键技术与应用前景[J].中国新通信，2019，21（18）：23.

[5]曹慧娟，王洪梅，王浩年.5G通信技術应用场景和关键技术[J].中国新通信，2019，21（15）：122-123.