浅谈5G技术的特点与应用

　　摘 要：5G技术关乎大国之间的技术竞争，重要性不言而喻。移动通信技术不断的更新换代，速度大幅提升，容量普遍增加，给国民生活带来了日新月异的变化。5G技术采用可传输高容量的高频传输，所以需采用毫米波，在空间传输上具有劣势，所以采用微基站的方式。相对前四代通信技术，5G移动网络覆盖范围更广，网络容量更大。5G技术在多个领域具有深远的应用前景。
　　关键词：5G;发展;技术特点;应用前景
　　0 引言
　　5G网络成为腾讯、电信、高通等众多互联网行业领袖们共同关心的话题。
　　2019年，美国以模糊的“有合理原因相信华为参与了有悖于美国国家安全和外交政策的活动”为借口，对中国企业华为技术有限公司实施制裁[1]。事实上，因为华为公司在5G技术领域处于全球领跑者地位，美国政府不愿意承认这一事实而采取打压政策，妄图依靠制裁打击中国企业在5G技术领域的地位。这反映出5G技术的重要性。
　　本文对5G技术的发展进行了梳理，在第2部分简略回顾移动通信技术的发展;在第3部分详细分析5G技术的特点;在第4部分，探究5G技术的应用领域和发展前景等。
　　1 移动通信技术回顾
　　第一代移动通信技术（1G）诞生于20世纪80年代，以模拟语音传输技术为核心，将低频率的语音转换到高频的载波频率上，并受到网络容量的限制。此外，不同国家的通信系统是不兼容的。1G时期，手机昂贵，电话资费超高，一般家庭难以承担，但实现了模拟语言通信，在技术上是巨大的飞跃。
　　第二代移动通信技术（2G）肇始于90年代中期，普及于21世纪初。2G以数字语音传输技术为核心。欧洲建立全球行动通讯系统（GSM），成为当时的主流。2G网络不仅能够对呼叫加密，还能更有效地利用无线频谱，并提供与拨号互联网或早期DSL服务类似的数据传输。2G时期，手机可以开始浏览互联网内容，还可以收发短信。手机设备价格和通话资费的下降，使得这一时期的手机“飞入寻常百姓家”，几乎每个家庭都有一部。日常沟通除了拨打电话外，还能使用便捷的短信。2G大大方便了人们的生活。
　　第三代移动通信技术（3G）普及于21世纪初，3G牌照在2009年被中国首次颁发。3G以同时传送声音和数据信息为核心。3G时期，实现了图片等多媒体的传播。
　　第四代移动通信技术（4G）紧接着3G而来，能够快速传输大容量的数据和高质量的音视频等。4G大大方便了视频等的传播。日常生活中，人们可以使用4G和另一个城市通视频电话，像面对面一样交流;还可以流畅地使用智能手机或者平板电脑观看视频，几乎没有延迟。
　　2 5G技术特点
　　5G，全称是第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术[2]。2019年6月6日，中国正式发放5G商用牌照，5G进入了快速商用的阶段。
　　5G技术的主要特点是波长为毫米级、超宽带、超高速度、超低延时[3]。信息的无线传输，本质上是电磁波的传输。波长越长，电磁波投射能力越大;频率越高，电磁波承载的信息量越大。但是电磁波遵循c=λ*f公式。其中c表示光速，为固定值3*108m/s，λ表示电磁波波长，f表示电磁波频率。波长λ和频率f成反比。所以长波长和高频率不可兼得。
　　为了承载更多的信息量，5G比4G电磁波有着更高的频率，故5G的波长λ较短，主要为毫米级别。在电磁波的传输中，频率越高，就越趋近于直线传播，传播过程中的衰减也越大。覆盖能力大幅减弱[4]。所以5G技术采用的毫米波绕射和穿墙能力差、衰减大、不便于传播。为了解决这个问题，5G网络要在密度极高的城市环境中实现分布式网络模型，必须要布局足够多的5G微基站。并且，微基站相对于宏基站来说，辐射功率小。5G时代，能让各种网络路线转化成无线，在空间上除去各种布线的麻烦。由于带宽和速度有巨大优势，从理论上来说5G还能在较小的区域中为大量设备提供网络连接，因此在大型演唱会等人群密集的场合，各种无线设备依然可以良好地连接信号。
　　5G对移动网络的增强主要体现在两个方面，其一是覆盖范围更广，其二是提升网络容量的提升。覆盖范围广意味着微基站可以布满各个地方，在电梯等传统意义上的收不到信号的地方也能正常使用5G。网络容量的提升意味着移动网络的带宽提高，能够支持更多设备同时使用大量数据，网络速度更快。通过增加基站端的天线，可以平均掉衰落、噪声、小区内干扰等[4]。
　　3 5G技术的应用领域
　　前4代的通信技术主要应用在手机设备上。但是支持5G的，在未来不仅仅是手机，还能是其他各种智能设备。国际电联将5G应用场景划分为移动互联网和物联网两大类。除了支持移动互联网的发展，还可以解决机器海量无线通信需求，极大促进车联网、工业互联网等领域的发展[5]。目前，各个国家和地区均在大力支持5G技术的布局，5G技术在很多領域有着广泛的应用。
　　3.1 车联网
　　5G技术低功耗和超低延迟的特点，引领了车联网革命。当前的自动驾驶技术，车辆是作为单一的节点。其在没有和周围车辆交换信息的情况下，感知周围路况、做出超车或者减速的判断。所以这种判断并不可靠。比如，当在高速中行驶的车辆感知到前车以固定的较慢速度行驶时，会做出超车的行为。但是，如果前车突然意外加速，则有可能造成两车的碰撞。如果是应用基于5G的车联网技术，那么每一辆车均作为网络中的节点，对外输出自己的坐标和速度等信息。当靠近的车辆行驶时，自动驾驶技术可以探知到周围车辆的信息，车联网系统将调整各个车辆的速度至最优。这种车联网技术，甚至车辆不必将信息上传至同一个中心的服务器，相邻的车辆间仅需要在车辆的车联网系统上采用分布式计算就可以。这可以达到超低延迟和低功耗的效果。所以，5G技术的普及，将大大改变交通领域的现状，在自动驾驶的基础上更进一步，发展成“智慧驾驶”。
　　3.2 VR
　　VR全称是Virtual Reality，即虚拟现实技术。当用户使用头戴式VR设备时，可以好像置身于虚拟的环境之中，无论进退还是转向，均在眼前呈现类似现实的画面。所以，VR给人带来了立体感，沉浸感，新颖性和交互性等。但是，可操作的VR仍不是很完美，当前的网络传输限制了VR更多的发展可能性。当VR虚拟的画面丰富，和人交互频繁时，会产生延迟和卡顿现象，非常影响人的主观感受。
　　采用5G技术的VR设备，其打开、切换、缓冲、连接可以更加流畅，实现新一代的富有沉浸感的娱乐。VR游戏、直播、影视均可以不借助硬件操作，可以依赖于身体的动作，达到身临其境的逼真效果。
　　3.3 无人机
　　无人机有多种类型，比如军事领域的侦察无人机，民用领域的摄影无人机等。
　　当下，应用在民用领域的摄影无人机，采用wifi技术。无人机的飞行端和遥控端不能相距太远，一般仅能飞行2000米以内的范围。如果采用5G技术作为信号传输，则飞行距离就不再是限制了。不仅飞行端可以飞得远一些，而且拍摄的图像和视频可以通过5G实时高清的传输。
　　另一方面，5G技术有可能使无人机走出当下的安全困境。很多城市为了安全设有禁飞区，但是仍经常发生“黑飞”现象。通过5G蜂窝移动通信网络将无人机联接起来，另一端连着云计算或者人工智能平台，甚至在技术上可以开发最高权限给监管部门，使得无人机的飞行在可控区域，拍照摄影在法律允许的范围内。
　　4 结语
　　当下，5G技术正在发展之中。从移动通信技术的发展回顾和5G技术特点中，可以明显地得出5G技术具有广阔的发展前景的结论。5G的发展，将带动相关产业的发展，带动经济的增长。通信企业研发5G技术的布局，会带微基站的建设。应用领域的企业在研制开发各种各样的基于5G传输的智能设备，如自动智能驾驶、VR、无人等非常先进的技术即将面世，将大大改善人们的生活。
　　总之，5G时代，虽然带来最直观的改变是网络速度的提升，但是其影响远远不止速度这么简单。5G引发的智能设备的变革，会完全改变人们的生活习惯和娱乐方式。
　　参考文献
　　[1] 刘文吉.5G毫米波无线通信网络关键技术与应用研究[J].通讯世界，2018（04）：107-108.
　　[2] 谭继华.无线接入回传一体化技术研究[D].电子科技大学，2018.
　　[3] 徐顯达，张兰，廖其彬，等.5G移动通信系统的接入网络架构[J].中国新通信，2019，21（03）：121.
　　[4] 刘朕铭.浅谈5G与通信工程[J].中国新通信，2019，21（01）：135.
　　[5] 李勇.项目管理在5G移动通信技术工程建设的应用[J].数字通信世界，2019（07）：186.