［關(guān)鍵詞］5G無(wú)線通信技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用場(chǎng)景

［中圖分類號(hào)］TN929.5 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0040–03

1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)具體包括用戶設(shè)備、核心網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)等重要結(jié)構(gòu)。5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)理念具有前沿性，以服務(wù)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，具有服務(wù)化的特征。與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鏈路關(guān)系靈活，主要以模塊化的服務(wù)單元呈現(xiàn)，接口更為簡(jiǎn)單。在核心網(wǎng)部分，能夠充分體現(xiàn)架構(gòu)服務(wù)化、網(wǎng)絡(luò)切片化等特點(diǎn)。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要面向用戶，提供數(shù)據(jù)采集、處理等一系列業(yè)務(wù)，將SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）等先進(jìn)技術(shù)作為基礎(chǔ)，在服務(wù)化接口的前提下，構(gòu)建控制面網(wǎng)元之間的交互。

5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的具體特征主要包括：①交互性服務(wù)。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)滿足按需調(diào)用額度要求，且服務(wù)的可重復(fù)性強(qiáng)。②承載和控制互為獨(dú)立。在5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，承載、控制能夠滿足獨(dú)立演進(jìn)和擴(kuò)展的要求，因此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的布署更為靈活，可以是分布式，也可以是集中式。③框架標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)采用更簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)，例如引入訪問與移動(dòng)性管理功能、用戶面功能等?？蚣芙y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)顯著提升了網(wǎng)絡(luò)性能和運(yùn)營(yíng)管理。④功能設(shè)計(jì)的模塊化。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的功能完備，具有模塊化特點(diǎn)，且網(wǎng)絡(luò)切片更具靈活性。⑤ 5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用前沿設(shè)計(jì)理念，在無(wú)狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)下，計(jì)算資源的布署和遷移更加靈活，因?yàn)槠錈o(wú)需攜帶大量的本地狀態(tài)信息。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載出現(xiàn)變化或需要進(jìn)行故障修復(fù)時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)⒂?jì)算資源及時(shí)遷移到其他位置，避免狀態(tài)信息丟失。⑥網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與無(wú)線接入關(guān)聯(lián)弱。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有收斂作用，是無(wú)關(guān)接入，以通用接口為架構(gòu)基礎(chǔ)。⑦滿足大量業(yè)務(wù)布署要求。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，用戶界面能夠布署在接入網(wǎng)絡(luò)臨近部位，為本地業(yè)務(wù)、低時(shí)延業(yè)務(wù)的穩(wěn)定接入夯實(shí)基礎(chǔ)。⑧處理能力強(qiáng)。5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于QoS（服務(wù)質(zhì)量）技術(shù)構(gòu)建，架構(gòu)簡(jiǎn)單，具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)處理能力。

2"5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用需要多種關(guān)鍵技術(shù)的支持，相關(guān)技術(shù)共同構(gòu)成5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的核心架構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)高速率、低時(shí)延、大容量和廣連接的通信目標(biāo)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

2.1網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片是5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)，其允許在共享的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中構(gòu)建多個(gè)虛擬、隔離的網(wǎng)絡(luò)切片。在通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間，每個(gè)切片能夠結(jié)合相應(yīng)業(yè)務(wù)或服務(wù)需求，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)和管理，進(jìn)而滿足多元化的業(yè)務(wù)和服務(wù)需求。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)切片需要通過SDN、NFV等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，將帶寬、存儲(chǔ)等物理網(wǎng)絡(luò)資源根據(jù)需求進(jìn)行邏輯劃分，進(jìn)而生成多個(gè)互為獨(dú)立、相互隔離的網(wǎng)絡(luò)實(shí)例。網(wǎng)絡(luò)切片管理架構(gòu)如圖1 所示。

在5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用范圍較廣，具體包括eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬度）、URLLC（超高可靠低時(shí)延）、mMTC（海量物理網(wǎng)）等。該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在不同應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)揮的作用不同。例如，在eMBB 場(chǎng)景中，針對(duì)超高清視頻流、VR/AR 等具有高帶寬需求的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)切片能夠提供大容量、高速率的連接；在URLLC場(chǎng)景中，針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化等對(duì)時(shí)延和穩(wěn)定性具有嚴(yán)格要求的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)切片可以提供毫秒級(jí)的時(shí)延。

2.2"SDN技術(shù)

SDN是5G通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其主要將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中控制面和數(shù)據(jù)面有效分離，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制。SDN的主要組成部分包括數(shù)據(jù)層、控制層、應(yīng)用層及管理層等。技術(shù)的主要功能在于將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制功能集中在獨(dú)立的控制器中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的全局調(diào)度和動(dòng)態(tài)配置。

目前，SDN技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的靈活性的穩(wěn)定性。通過合理運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，運(yùn)營(yíng)商能夠快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化，靈活調(diào)整資源分配，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的快速布署和全方位優(yōu)化。另外，SDN還能夠促進(jìn)資源的共享和重復(fù)利用，有效降低建設(shè)和運(yùn)維成本。

2.3"NFV技術(shù)

NFV在5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中十分常用，作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其能夠?qū)鹘y(tǒng)模式下依賴專用硬件的網(wǎng)絡(luò)功能轉(zhuǎn)化為在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上的軟件實(shí)例，進(jìn)而滿足網(wǎng)絡(luò)功能的靈活配置和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展等要求。NFV 通過運(yùn)用虛擬化技術(shù)，能夠在專用硬件設(shè)備中解耦出網(wǎng)絡(luò)功能，使其在通用、基于標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的服務(wù)器上運(yùn)行。NFV采用NFV管理與編排框架， 主要由NFVO、VIM、VNFM 等組件構(gòu)成。在運(yùn)行期間，各組件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的全過程管理、虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施資源的分配管理及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的建設(shè)和更新。

在5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，NFV技術(shù)能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)切片提供架構(gòu)基礎(chǔ)，使其在同一物理網(wǎng)絡(luò)中建立多個(gè)邏輯獨(dú)立、性能不同的網(wǎng)絡(luò)切片。因此，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能夠滿足不同行業(yè)、不同應(yīng)用場(chǎng)景的多元化需求，推動(dòng)5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，提高服務(wù)質(zhì)量。

2.4正交頻分多址技術(shù)

正交頻分多址（以下簡(jiǎn)稱“OFDMA”）技術(shù)是在OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)長(zhǎng)期發(fā)展基礎(chǔ)上形成的一種新型關(guān)鍵技術(shù)，主要采用大量的正交窄帶載波，以滿足數(shù)據(jù)承載的要求。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要用戶選用具備良好信道條件的子信道，以保證傳輸質(zhì)量。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，一組用戶能夠同時(shí)接入多個(gè)信道。該項(xiàng)技術(shù)充分融合頻域和時(shí)域的多路訪問優(yōu)勢(shì)，可以有效對(duì)抗多徑效應(yīng)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)頻譜效率。

在5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，OFDMA在無(wú)線接入網(wǎng)中十分常用。在應(yīng)用過程中，通過合理配置子載波間隔，以及復(fù)用不同等級(jí)和時(shí)延的5G 業(yè)務(wù)，OFDMA技術(shù)可滿足多元化的業(yè)務(wù)需求，保證服務(wù)質(zhì)量。另外，OFDMA技術(shù)也能夠?yàn)槎嘤脩鬗IMO（多進(jìn)多出）技術(shù)的應(yīng)用提供支持，同時(shí)為多個(gè)用戶提供服務(wù)，顯著提高頻譜效率。

2.5"MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。其通過多根天線發(fā)送和接收信號(hào)，能夠有效提高系統(tǒng)容量和峰值速率，并減少能量損耗和傳輸時(shí)延。相較于4G通信網(wǎng)絡(luò)中的初級(jí)MIMO技術(shù)，5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的MIMO技術(shù)得到顯著增強(qiáng)，又稱大規(guī)模MIMO技術(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，5G 大規(guī)模MIMO 技術(shù)的天線數(shù)量可達(dá)到數(shù)十根乃至數(shù)百根，顯著提高了空間分辨率和信號(hào)處理能力。通過對(duì)天線的合理排布，大規(guī)模MIMO 技術(shù)能夠進(jìn)行3D 波束成型，確保信號(hào)定向傳輸?shù)木_性，提高信道容量，擴(kuò)大覆蓋范圍。另外，MIMO 技術(shù)具有空間復(fù)用和干擾抑制等功能，保證頻譜利用效率，能夠在有限的頻譜資源下承載更多的用戶和數(shù)據(jù)。

2.6云計(jì)算技術(shù)

雖然云計(jì)算技術(shù)并非5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的直接組成部分，但是相關(guān)技術(shù)在5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、數(shù)據(jù)處理及業(yè)務(wù)應(yīng)用方面發(fā)揮著重要作用，同樣是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。云計(jì)算憑借其強(qiáng)大的計(jì)算能力，為通信網(wǎng)絡(luò)提供存儲(chǔ)資源，支持5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行和業(yè)務(wù)的快速布署。云計(jì)算通過虛擬化技術(shù)將計(jì)算資源、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)信息封裝成一個(gè)獨(dú)立的虛擬環(huán)境，為5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的資源管理提供支持。云平臺(tái)可以結(jié)合業(yè)務(wù)需求自動(dòng)化調(diào)整資源規(guī)模，滿足資源動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和收縮等要求。另外，云計(jì)算和5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同、邊緣計(jì)算等功能，進(jìn)一步推動(dòng)5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景較多。例如，云計(jì)算能夠?yàn)?G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)切片提供支持，幫助運(yùn)營(yíng)商結(jié)合不同業(yè)務(wù)需求，靈活配置網(wǎng)絡(luò)資源，提高服務(wù)質(zhì)量；在5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，云計(jì)算和邊緣計(jì)算的結(jié)合，能將部分計(jì)算任務(wù)、數(shù)據(jù)遷移至網(wǎng)絡(luò)邊緣，降低時(shí)延，提高響應(yīng)速度。另外，云計(jì)算平臺(tái)能為5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，支持海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和處理，為業(yè)務(wù)決策提供依據(jù)。

3"5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1車聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)化駕駛

在車聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)化駕駛領(lǐng)域，5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的高速度、低延遲特性至關(guān)重要。通過OFDM技術(shù)，5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供更高的頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，確保車輛間及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的大量數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地傳輸。MIMO 技術(shù)則通過多天線陣列，提高信號(hào)覆蓋和傳輸質(zhì)量，提高車輛間通信的可靠性和穩(wěn)定性。此外，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供了定制化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，確保自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)時(shí)延和可靠性的嚴(yán)苛要求得到滿足。通過SDN 和NFV 技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)資源可以根據(jù)自動(dòng)駕駛的不同需求進(jìn)行靈活配置和優(yōu)化，提升整體系統(tǒng)的性能和效率。

3.2智慧城市

智慧城市的建設(shè)離不開5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的全面支持。在智慧交通方面，5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合智能交通管理系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和分析，優(yōu)化交通流量，減少擁堵和事故。SDN和NFV技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)交通狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整資源分配，提高交通管理的智能化水平。在智慧安防領(lǐng)域，高清攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能分析，提高城市安全保障能力。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為不同應(yīng)用場(chǎng)景提供獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

3.3遠(yuǎn)程醫(yī)療

遠(yuǎn)程醫(yī)療是5G 技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。通過5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)生可以遠(yuǎn)程為患者進(jìn)行高清視頻會(huì)診、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)。MIMO技術(shù)的高速率和低延遲特性確保了醫(yī)療數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和精確性，為遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了可靠的技術(shù)支持。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為遠(yuǎn)程醫(yī)療提供定制化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头?wù)質(zhì)量。SDN和NFV 技術(shù)則使得醫(yī)療資源可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置和優(yōu)化，提高醫(yī)療服務(wù)的效率和覆蓋面。

3.4物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的廣泛布署和應(yīng)用是5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的重要特征之一。通過5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低功耗的連接，構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)的智能生態(tài)系統(tǒng)。OFDM技術(shù)提高了頻譜利用效率，支持更多設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)傳輸。MIMO技術(shù)則通過多天線陣列提高了信號(hào)覆蓋和傳輸質(zhì)量，提高了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。此外，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景提供獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头?wù)質(zhì)量。

4結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的深入分析，文章揭示其在提升數(shù)據(jù)傳輸速率、降低時(shí)延等方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以及在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)作為新一代無(wú)線通信技術(shù)的代表，已成為推動(dòng)信息社會(huì)發(fā)展的重要力量。但是在5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的過程中，同樣面臨著諸多挑戰(zhàn)，如網(wǎng)絡(luò)安全、頻譜資源分配等問題。未來發(fā)展階段，仍需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，推動(dòng)5G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，以更好地適應(yīng)信息社會(huì)的變化，滿足多元化需求。