5G关键技术及其特点和三大应用场景

　　摘要：5G具有高速度、节省能源和低时延等多方面优势，本文简单介绍了5G关键技术及其特点和三大应用场景。

　　关键词：5G; CP-OFDM; 高速度； 低时延；

目录

　　1前言………………………………………………………………1

　　2 5G关键技术及特点………………………………………………………………2

　　2.1 5G频段………………………………………………………………3

　　2.2 5G关键技术………………………………………………………………3

　　2.3 5G移动通信的特点………………………………………………………………3

　　3 5G技术与4G技术的比较………………………………………………………………4

　　4 5G技术的三大应用场景………………………………………………………………5

　　（1 ）增强移动宽带（ e MBB）………………………………………………………………6

　　（2 ）大规模物联网（ m MTC）………………………………………………………………6

　　（3 ）超高可靠超低时延通信（ uRLLC）………………………………………………………………6

　　5结语………………………………………………………………7

　　文内图表………………………………………………………………7

　　图1 5G频段………………………………………………………………8

　　图2 5G技术特性………………………………………………………………9

　　表1 5G与4G技术参数比较………………………………………………………………9

　　参考文献………………………………………………………………10

　　1前言

　　5G即第五代移动通信技术，其性能目标是高数据速率、低延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。作为新一代移动通信技术，5G在现有4G技术的基础上，考虑更多无线覆盖的服务情况，综合用户体验、传输时延等方面的优势，通过进一步提升信号传输速率，在用户"无感知"的情况下完成数据传输任务。5G可以针对不同特点的用户提供适合的技术解决方案，充分利用投入的有限资源，达到通信效率和通信质量提升的最大化。5G还可采用与有线网络、光纤网络相结合的形式，满足用户在室内无线网络覆盖方面的实际需求。

　　2 5G关键技术及特点

　　2.1 5G频段

　　5G频段如图1所示。

　　2.2 5G关键技术

　　5G通信性能的提升不是单靠一种技术，而是需要多种技术相互配合共同实现。关键技术大致分为无线传输技术和网络技术两类。其中，无线传输技术包括大规模MIMO技术、非正交多址技术、全双工通信技术、新型调制技术、新型编码技术、高阶调制技术等，网络技术包括网络切片技术、边缘计算技术、面向服务的网络体系架构等。

　　5G NR设计过程中最重要的一项决定，就是采用基于OFDM优化的波形和多址接入技术。OFDM技术被4G LTE和Wi-Fi系统广泛采用，因其可扩展至大带宽应用，且具有高频谱效率和较低的数据复杂性，因此能够很好地满足5G的要求。

　　CP-OFDM技术即循环前缀-正交频分复用技术，技术特性如图2所示，CP（循环前缀）将OFDM（正交频分复用）符号尾部的所有信号复制到符号头部，保证有时延的OFDM信号在FFT积分周期内具有整倍数周期。OFDM中的所有载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内都有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。载波间的部分重叠提高了频带利用率。CP-OFDM技术有效减少了频带内外的辐射，显著提高了频率局域化。

　　不同CP配置可适配不同业务：长CP适合低频和广域覆盖，中等CP适合高频和局域覆盖，短CP适合毫米波和短距覆盖。

　　2.3 5G移动通信的特点

　　（1）高速率

　　与4G相比，5G具有更高的速率。网络速度提升，提高了用户体验感受，一些对网速要求很高的业务，比如网络直播、VR/AR、超高清等，将不再受网络速率的限制，能够被广泛推广和使用。

　　（2）低功耗

　　如今大规模物联网已发展到一定程度，对低功耗的要求越来越高。例如需要每日充电的智能手表等可穿戴产品，每天充电会降低使用者的用户体验，低功耗的通信过程，利于用户更加接受物联网产品。

　　图1 5G频段  

　　图2 5G技术特性  

　　表1 5G与4G技术参数比较

　　（3）低时延

　　5G空中接口时延水平在1ms左右，完全满足无人驾驶、工业自动化等领域的实时应用，拓宽了新领域的应用和开发。

　　（4）万物互联

　　如今智能电子产品终端数量巨大，个人终端已是1个或多个，5G时代的到来，使每个家庭都会拥有数个终端。

　　（5）重构安全

　　随着人工智能、云计算和物联网等新兴技术的不断发展，5G网络涉及到金融、医疗、交通等各个应用场景，网络安全边界被打破，若没有5G安全，就不会有5G云网。重构安全工作是保证5G时代智能互联网正常使用的第一要素，也是防范风险和抵御恶意攻击的关键所在。

　　3 5G技术与4G技术的比较

　　5G在Technology（技术）、Data Rates（数据速率）、Latency（延迟）、Mobility Support（移动支持）、Spectrum Efficiency（频谱效率）、Users Density（用户密度）和Energy Efficiency（能效）等方面的参数指标相对于4G技术有明显提升，具体如表1所示。

　　4 5G技术的三大应用场景

　　（1）增强移动宽带（e MBB）

　　对应5G高速率的特点，峰值速率可达Gbit/s的标准，网络直播、高清视频转播和VR体验等直接体现在这个场景上。

　　2019年央视春节联欢晚会深圳分会场，央视与中国联通和华为公司共同合作实施，采用4K高清加5G传输测试，通过5G网络给全国电视观众带来了全景预览春晚候播大厅和分会场的全新体验。

　　2019年3月全国两会召开期间，江苏省广播电视总台在北京首次使用5G将北京演播室信号传回南京。

　　2019年4月人民海军建军70周年仪式，全程采用5G视频直播。

　　（2）大规模物联网（m MTC）

　　5G的超大网络容量，具有提供千亿设备的连接能力使人与机器、机器与机器的通信成为可能，促进了大规模物联网的发展。

　　（3）超高可靠超低时延通信（u RLLC）

　　5G超高可靠低时延通信，可以实现探测到障碍后的自动驾驶汽车响应速度比人的反应更快，加快了自动驾驶汽车和智慧交通的蓬勃发展。

　　5结语

　　5G移动通信技术的运用，为社会生活的通信水平提供了强有力的保障，极大地方便了人们的生活，提供了一个催生众多新兴产业的创新平台，具有非常好的应用前景。

　　参考文献
　　[1]米胜凯。试析5G通信技术应用场景及关键技术探讨[J].通信技术，2019（4）。
　　[2]陈实秋。5G移动通信发展趋势及关键技术探究[J].数字通信世界，2019（3）。