5G技术的发展及应用

引言1.1研究背景随着社会的发展，进入了21世纪，在世界各地，更加关注国家一级的科学和技术发展。过去，中国的科技发展缓慢。但随着时代的进步，其在不断上升，产生了大量的新技术和新发现。中国的移动通信技术发展极为迅速，从公司到个体户，从公众到个人，其应用无处不在。移动通信在人们的生活和生产中发挥了重要作用。此外，移动通信的发展正在改变人们的日常生活。目前世界上有4G移动通信，这项技术被广泛采用，在这一技术下研究取得了积极的成果。然而，随着移动通信技术的发展和科学技术的进步，使得公众的需求不断提高。4G移动通信技术不再能够满足人们的需求。于是人们开始研究更高速率的网络，在4G发展的基础上，进行了5G技术的研究。5G通信技术的水平远远高于4G移动通信技术的水平。这一技术不仅仅在中国得到了研究与推进，在世界各地的国家也得到了发展以及推进。同样，在5G移动通信的研发过程出现了相关的问题，对此进行相应的分析以及研究。在本文中，将重点介绍5G移动通信技术开发和分析的一些关键技术，同时对相关应用进行了研究。1.2发展现状现在的移动通信技术主要为4G，其发展经历了从1G到4G的阶段，现在主要使用的是4G技术。在不久的将来，其将成向5G进行推进与发展。科学技术的进步，推动了移动通信技术进步，对人们的日常生活产生了重要影响。从步行，到自行车，再到汽车飞机，现在都是渐进的，随着移动通信时代的发展，移动通信的速度已经达到了5G的阶段。然而，5G速率已经达到了火箭的速度。由此可以想象到5G移动通信的发展速度。

25G移动通信基本内容2.15G技术的概述5G作为短期移动通信技术的第五代。其不像3G,4G，其不是一种新的无线接入技术，它不仅独立于现有无线接入技术的技术发展，而且独立于一些互补的无线接入技术，这些技术通常被称为新的集成附加技术。在某种程度上，综合网络也是如此。确保人与物之间的高速、安全和自由交流。3G和4G服务对语音以及数据服务的需求进行了满足，但5G将主要专注于改善移动宽带、物联网以及该地区的大型互联网连接，例如垂直工业应用等。2.25G的需求5G技术顾名思义是第五代移动通信。现如今，4G技术非常流行，三星、爱立信、诺基亚、华为以及中兴等国内外公司都在积极研发5G技术。三星研究表示，4G技术主要目的在于对峰值频率和移动宽带传输的频谱效率进行进一步提升。1Gbps峰值速率的目标为移动电话的5G峰值速率，其将宽带速率提升到20Gbps。研究5G关键技术，主要包括了系统架构、无线网络、无线传输、新天线以及射频等。如今到2020年，对移动通信发展的频谱开发以及使用提出了新要求。在目前的4G系统中，是否需要进一步的改进将取决于5G技术的发展。2.35G移动通信技术的主要特征1.系统性能优异这项技术的应用集中于设备和天线之间的适配器网络，使得系统得到了很大的改进。性能对于通信处理而言，其发挥着极为重要的作用。2.有效使用频谱高频频谱资源在5G移动通信技术中占有重要地位。然而，由于无线电波普及率低，目前中国高频无线电波的使用相当有限。5G移动通信技术取得了重要进展，有效提高了高频无线电波的使用速度。同时，利用该技术的频谱和高频频段相结合，可以通过有线宽带技术和无线电网络及光载波技术，更好地促进移动通信技术的发展。3.减少电力消耗和成本这种方法是研究移动通信网络、降低能源消耗和降低工人成本的重要技术。进一步研究软件设计配置。运营商根据市场的具体需要和贸易流量，对业务发展的实际情况进行综合分析，以持续减少系统的消耗和成本，并优化网络资源。2.45G技术场景3GPP定义了5G的三个主要场景，在这种情况下,“eMBB”指的是,移动宽带服务等大容量的3D视频和超高清视频的移动宽带业务,而MMTCURLLC参考服务是指大规模和高可靠性等无人员和工业自动化服务连接。从三大场景中可以看到,对于5G来说，虽然高速仍然是其不可分割的一部分，但是世界通信业的普遍看法是，5G不仅要有高速度，还要满足低延时的更高要求。从1G到4G，移动通信是以人与人之间移动通信为核心，是主要的商业和个人通信。然而，在5G通信中不仅进行了个人通信的引入，而且还引入了物联网、工业自动化以及无人驾驶等服务。通信已经从人与人之间的交流，到人与物之间的交流，直到变成机器与机器之间的交流。5G的三种方案显然对通信提出了更高的要求，不仅解决了一直需要解决的速度问题，为用户提供了更高的速度，而且对功耗和时延等也提出了更高的要求。一些方面已经超出了对传统通信的理解，将更多的应用能力集中整合到5G中。这就对通信技术提出了更高的要求。在这三大场景中，5G具有六大基本特点。2.55G技术的基本特点1.高速与4G相比，5G首先要解决的问题就是高速。只有提高网络的速度，用户体验和感受才会有很大的提高。只有当网络能够面对VR/UHD服务时，才能不受限制。只有网络速度要求很高的情况下，才能得到广泛的推广和应用。因此，5G的第一个特性就定义了速度的提升。事实上，5G就像每一代通信技术一样，很难确定。一方面，峰值速度不同于用户体验速度，不同时期不同技术的速度也会不同。5G基站的峰值要求不低于20Gb/s，当然这个速度是峰值速度，不是每个用户的体验。随着新技术的应用，仍然有改进的余地。这样的速度意味着用户可以每秒可以下载一部高清电影，还可以支持现实视频。这样的高速度为未来有高速度需求的企业提供了机遇和可能性。2.广泛性网络企业的发展是否应该是全面和广泛的应用。只有这样，才能支持更富有的公司，并在复杂的情况下使用它们。无所不在的网络有两种含义，一种是宽覆盖，另一种是深覆盖。宽覆盖从广义上讲，这些是社会生活的各个方面。比如过去,在高山峡谷,不一定需要一个网络的支持,因为很少人参加,但如果能覆盖5G时,它们也会有大批专业传感器在变化的环境中,可以对空气质量检测,甚至救灾等。5G可用于此类应用程序。深覆盖是指的生活，虽然有网络的部署，但是需要更高质量的深度覆盖。现在有了4G网络，但是浴室的网络质量不是很好，地下停车库很可能没有信号。但是随着5G的到来，网络质量较差的浴室和地下停车库等地方也可以广泛覆盖良好的5G网络。在某种程度上，宽覆盖网络比高速度更重要。只是一个地方网络的覆盖并高速网络服务的建立，并不能保证5G的服务和体验，但是宽网络覆盖是5G无所不在体验的基本保证。3GPP的三个主要场景没有宽覆盖的网络，但所有的场景都隐含了宽覆盖的网络的要求3.低消耗要支持大规模的物联网应用，5G就有相应的功耗要求。近年来，一些产品在一定程度上得到了发展，但也存在诸多瓶颈。其中最大的瓶颈是体验差。以智能手表为例。它必须每天充电，即使是在不到一天的时间内也需要充电。所有的物联网产品都需要通信和能源。虽然今天通信可以通过多种方式得到实现，但是能源这取决于电池。如果通信在过程中使用了大量的能源，物联网产品很难在网上被互联网用户广泛接受。如果可以减少能源消耗，让大多数产品可以每周或每月只需要充电一次。它就可以极大地改善用户体验，促进物联网产品的传播。EMTC开发基于LTE协议。对LTE协议进行了调整和优化，使其更适合对象之间的通信，并降低了成本。emtc是基于蜂窝网络部署的，其用户设备支持1.4MHZ射频基带带宽，可以直接接入现有的LTE网络。emtc支持上行和下行链路高达1mbps的峰值速度。物联网和蜂窝网络、GSM、UMTS或LTE中使用的唯一180kHz带宽可以直接用于降低成本和提高使用的可读性。物联网可用于GSM和UMTS网络的启动。它不需要像5G核心技术那样重建网络。但是，尽管GSM和UMTS网络已经引入，仍然需要重建网络。同时满足5G低能耗物联网应用场景的需求，大大降低了能耗。与emtc一样，它也是5G网络系统不可或缺的一部分。4.低延迟新的5G解决方案在非手工自动化和工业自动化之间是可靠的。对于人与人之间的信息交换，140毫秒的延迟是可以接受的，但是对于无人监控的自动化和工业自动化，140毫秒的延迟是不可接受的。5G现在是3ms到4ms，目标是要做到1ms。这对网络提出了严格的要求。5G是应用于这些新领域的必要条件。机动车辆需要中央控制中心与车辆之间的互连。在高速下，车辆信息发送到制动响应的时间应在100ms左右。车辆必在高速移动中，会行驶几十米，这需要最少的时间在车上传递信息，刹车和检查车辆的反应。无人机更是如此。例如，如果数几十架无人飞机飞行，很小的偏差就会导致冲突和事故。无人机就需要很小的时延才能把信息传输到正在飞行的无人机上。在工业化自动过程中也是一样的，机器人手臂在自动化过程中的运动保证了工作的质量和准确性，这需要最少的时间和非常详细的响应。就像传统的人机交流一样，因为人的反应缓慢而无效，不需要机器的高效率。那么?无人驾驶飞机，无人驾驶汽车还是工业自动化都需要高速运行。由于高速行驶，它们都需要信息的及时传输和响应，这对时延提出了很高的要求。5、频谱共享通过频谱和未经授权的频谱共享，将5G扩展到多个维度，以增加容量和使用更多的频谱，并且可以支持新的部署场景。这不仅有利于移动运营商提供的授权频段,而且向有线电视网络运营商、企业、厂家提供的未经许可的频带(例如在垂直领域的互联网商品,谁都有机会充分利用这项技术。5GNR本身支持不同类型的频谱，通过向前兼容灵活地使用新的频谱共享模式。信道编码的先进设计的:当前编码并不足以满足未来的LTE网络数据传输方面,通过提高数据传输的速率,使设计与信息块的移动宽带信道编码较大和一个有效的编码。与此同时，紧急交通配置要求继续提高现有信道编码技术(如LTE涡轮机)的性能限制。这个LDPC传输效率远高于LTE,涡轮解码装置的设计是为了易于实施的复杂性,并加强与删除,从而获得更高的传输速度和更低的延迟。6、非常小的异构网络5G网络是一个非常复杂的网络。在2G时代，数万个基站可以提供覆盖全国的网络，但中国也有5亿多个4G网络。5G设备可以支持数百万平方公里。这些网络必须非常紧凑，需要大量的小型基站来支持它们。在同一电路中，不同的终端需要不同的速度，消耗不同的能量，使用不同的频率，对QoS有不同的要求。在这种情况下，网络可能会相互干扰。5G网络已经采取了一些措施来确保系统的性能:在网络中实现不同的服务，在网络中选择的节点之间的协调解决方案方面实现节约的配置方法，等等。在一个非常小的W系列中，这种结果在电池边界和不规则电池形状上的密集部署，以及用户数量的急剧增加，使得频率和复杂性得以转移。为了满足流动性要求，需要新的交换算法。综上所述，多用户、紧凑、多阶段、大容量网络的复杂性必须平衡、稳定、降噪。这需要不断改进的算法来解决这个问题。

3.1毫米波空中接口,在3GPP5G定义被称为新无线电，该规格分两个波段FR1(<6GHz)和FR2，其技术不同,各自的职能在<6GHz频率范围为最大FR1的信道带宽被限制在100MHz。3GPP版本10及以后，LTE支持在频率范围2(24-86GHZ)内聚合100MHz载波(通道5×20MHz)。这种配置可以支持大约40Gbps。3.2多载波技术多载波技术可以处理雷达信号，提高频谱效率。通过调整载波之间的带宽，可以充分利用载波控制。此外，为了克服无线传输技术的缺点，所使用的过滤器还必须传输信息。消除子载波中插入的前缀可以使子载波减少信息干扰，避免子载波同步现象之间的正交分离，充分发挥许多载波技术的优势。3.3双工技术双工技术允许双向通信，同时发送相同频率的信号。无线通信系统有多种类型的干扰因素。如果你不能使用相同的频率进行双向通信，你将浪费大量的无线资源。全双工技术提高了频谱利用率，有效利用信号处理资源，如图3-1所示，提高了机械设备利用率。图3-1双工技术示意图在实践中，使用双工技术，工作人员必须不断降低信号的干扰因素，增加信号的发射和接收功率。与此同时，必须对资源分配和网络等问题作出有效的反应。3.4网络的自组织网络自组织是5G技术领域的一项重要举措，它利用了网络本身的生产和配置;自我优化，改善网络维护。网络节点本身的配置模式可以现插现用，具有低成本和易于安装等优点。规划的目的是规划其本身的网络，同时以动态的方式满足系统开发、监测和业务优化的需要。通过自我恢复，系统自动检测、检测和纠正问题，降低维护成本，避免对网络质量和用户体验的影响。将子网技术技术应用于移动通信网络中，其好处在于网络的效率和维护，同时降低了运营商的支出和运营成本的投资。由于现有的子网技术都是从各自网络的角度出发，自部署丶自配置丶自优化和自愈操作是独立的丶封闭的。多个网络间缺乏协作。3.5网络切片将物理网络划分为多个虚拟网络的运营商。每个网络将根据不同服务的需要进行调整。服务需求、延迟、带宽和安全性分布在不同的网络中，可以适应许多解决方案。网络分割技术，由于多个逻辑网络被细分为不同的物理网络，且特定物理网络的服务不是结构化的，因此可以大大节省安装成本。在技术通信操作中，网络被划分为许多不同的网络。例如，智能交通、无人机、智能医疗、智能住宅，如工业控制，将向许多公司开放。这种网络的分割，与保证带宽的可靠性相反，也不同于计费系统和管理系统。在插槽网络中，每个服务提供商所使用的网络和服务都不同于4G，许多动态变得无法控制。5G网络可以为用户提供不同的网络、不同的管理、不同的服务、不同的计费方式,使服务提供商可以更好地使用5G网络。3.6内分发网络当使用5G网络时，有很多复杂的服务，尤其是音频和视频服务。该服务将经历爆炸式的增长，同时对用户体验和感受产生影响。这就要求网络适应内容的爆炸式增长。在内容分发网络中，传统的网络，即新的智能层，被添加到相关的虚拟网络中。在CDN系统中，每个节点在负载下的连接状态必须作为远程用户信息的一个整体来考虑。内容被发送到CDN代理服务器，并放置在用户附近。这是因为CDN代理服务器可以获得需要停用的用户信息。此外，网络拥塞越少，响应时间越长。由于源服务器只需要向代理服务器发送内容，因为用户可以使用几乎所有的带宽，因此网络延迟将会减少，从而提高代理服务器内容的体验。CDN技术的优点是允许用户快速提供信息服务。换句话说，您可以同时解决网络拥塞问题。CDN技术是5G的主要技术要求。3.7D2D技术D2D技术允许使用互补的蜂窝系统实现无线数据流量的影响。D2D技术的使用不仅使资源合理化，而且减少了外部干扰因素对无线通信数据传输的影响，从而提高了传输速度，降低了传输成本。同时，为了充分利用D2D技术的优势，必须确保对实时通信保障和无限资源管理的研究能够促进5G无线通信网络的快速发展。3.8设备到设备通信这是基于短距离移动系统的直接数据传输技术。会话（D2D）设备，基站，和形成会话，维护，而不必通过相关的控制信号，如充电向前无线资源的供应之间的数据通信，直接终端之间传送，身份验证，识别和其它移动性管理是固定的移动电话网络的责任。在介绍该D2D通信的蜂窝网络，以减少所述基站上的负载，减少了传输延迟的端到端来提高频谱效率，和降低的传输功率终端。如果无线通信基础设施被损坏，或者在无线网络覆盖区域使用D2D终端的时候，有可能去的通信终端结束或蜂窝网络。点击5G网络上，你可以在许可或未许可频段部署D2D通信。3.9规模MIMO技术MIMO技术增加了多路通信和电力传输的带宽，从而优化了无线通信网络的性能。随着技术水平的提高，MIMO技术得到了完善，不仅可以解决点对点的操作，还可以解决点对多点的操作。此外，还实现了对云网络的无线访问，使MIMO技术能够改进新的5G系统的性能。MIMO技术有许多优点。它可以通过在空间维度上充分利用资源来提高5G通信系统的分辨率。此外，自由空间和基站可以同时控制的事实提高了5G移动通信技术应用的效率。此外，传输系统的息流可以集中在特定的区域，以避免外部影响。。3.10边缘计算在靠近对象或数据源的一侧，使用基本的网络整合、计算、存储和应用程序功能来提供新的服务。这个应用程序提供了新一代更快的Web服务。在实时业务中，智能、安全和隐私保护被应用于满足行业的基本需求。要求实施的时间很短。如果所有数据都被发送到计算机和服务器，并被存储再发送到终端，那么延迟的时间还是很长。边缘计算是一种计算和存储能力，可以在最短的时间内在基站进行，并在每个问题的指导下进行。3.11软件定义网络和网络虚拟化同步数字系列的基本功能有开放性、灵活性和可编程性。它分为三个层次。基础设施层位于网络的底部，包含一些基本的网络设备。该涂层应按照控制层公布的要求进行处理和数据传输。中间层是负责关键数据控制传输的层。网络拓扑结构，例如在全局上下文中收集信息，适用于现场控制。最高级别是应用程序服务，它通过调用网络资源的开放api包含大量应用程序服务。NFV作为一种新的网络结构的和构建技术，它提供控制和数据分离、软件化和虚拟化分离的理念。因此，现有网络所遇到的困难得到了解决。5G是一个复杂的系统。5G计算机网络的建设不仅要提高网络的速度，而且要提出更高的要求。未来，这将不仅仅是手机、汽车、无人机、家用电器和公共设备等各种设备的问题，而是5G网络终端的问题。4G改变了人们的生活，5G会改变社会。5G是社会进步、产业成熟和经济发展的重要动力。3.125G移动通信与4G移动通信的异同点(1)5G移动通信与4G移动通信的通信共同点不论在什么时候、什么地方、什么方式都可以参与网络。而且移动终端没有明确的分界边界的任何类型。用户还可以自由选择所需要的网络服务和应用程序。他们的覆盖范围也是一样的，企业、军工、个人等。再就是他们的发展和应用改变了人们的日常生活。(2)5G移动通信与4G移动通信的区别简而言之，5G移动通信将成为4G移动通信的一个真正的改进版本。在4G移动通信的基础上，优化了基于技术的网络运行速度。从表格中可以清楚地看到，5G移动通信的速度、连接码、覆盖范围、能源效率、频谱效率和延迟时间都比4G移动通信快得多。你可以用一句话来总结两者的区别。4G的设计目的是连接世界各地的人们，但5G的设计目的是连接世界上所有连接的东西，这也充分证明了先进的5G移动通信。

。45G技术在物联网中的应用4.1智能家具随着社会和经济的快速发展，人们将逐渐适应快速的生活。在实践中，希望通过家具和设备使用家庭网络来有效地管理和控制家具。通过使用5G技术和物联网，用户可以使用手机、电视、衣柜、空调等。与此同时，使用视频监控系统对看家庭的一些情况，并享受智能化家居服务。在这种情况下，也有利于其他相关产业的快速发展。4.2智慧城市在建设智能城市中，5G物联网技术和互联网的重要组成部分实际上是两者的结合。通过使用智能视频监控系统、安全城市和电子地图，第一，有利于更好地管理城市交通。第二，加强城市交通安全和管理。与此同时，只有支持高速通信网络，智能社区管理才能带来更好的管理效果。此外，在气象条件下测试的城市交通应急预案，空气质量的检测和气象预测等都可以是5G技术在智慧城市的应用。充分检测了智能城市5G技术应用的空气质量。总的来说，物联网技术和有效的5G技术的结合不仅可以提高人们的生活质量，而且还有利于保证安全。4.3智慧生活人们还可以看4k、8k的电影和电视，这些对高速数据下载网络的具体要求。此外，人们最终会使用“微型药物”，与注册医生预约，你也可以在网上做其他手术。再比如说在家庭里面，智能灯光照明系统、智能安防系统、智能门窗系统等等。从这个角度来看，通过互联网技术和5G技术的有效结合，可以让潜在的封闭金融技术和智能生活应用之间的关系将逐渐扩大。4.4绿色建筑目前，城市建设、环境友好型城市的推广已经实现。5G技术具有较短的延迟和较低的能耗，将是评估绿色建筑未来特征的主要指标之一。结论由于中国的创新和科技，为了满足社会的需求，中国的调查将集中在5G移动通信技术的研究上，以满足人类的需求。目前中国正在研究5G移动通信技术，但目前正在进行调查，中国即将进入5G移动通信时代。物联网技术5G的应用已成为一项重要任务。因此，正确理解5G互联网的主题和技术，加