5G無線通信網絡物理層關鍵技術要點

李俊治

摘要：21世紀已經是一個信息社會，各個行業對信息的需求量已經越來越大。國與國之間也不斷展開信息之間的較量，而信息的傳播速度以及質量離不開無線通信技術的發展。第五代無線通信技術對各國的實質性發展都起到一定的作用。本文將會對5G無線通信網絡物理層關鍵技術，即毫米波通信技術以及大規模MIMO技術進行一定的研究。

關鍵詞：5G無線通信；物理層技術；毫米波通信技術；大規模MIMO技術

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0030-01

無線通信技術的發展一直影響著人們的生活，從最初的模擬調制通信技術到數字調制通信技術，再到2G、3G移動通信時代，直到今天的4G移動通信，無線通信技術一直不斷發生著重大的變革。

1 毫米波通信技術

通信技術的發展離不開對頻譜資源的利用，目前對頻譜資源的利用主要集中在300MHz到3GHz的頻段，對毫米波的利用非常有限，毫米波中包含大量的頻譜資源。對毫米波中的頻段資源進行利用也是5G無線通信技術的重要內容。其中，對毫米波的研究內容主要包括：路徑損耗、建筑物穿透損耗以及雨衰等。

1.1 路徑損耗

發射功率的敷設擴散以及信道對傳輸的影響作用是導致路徑損耗的主要原因。這也是無線通信技術中不可避免的問題，遇到干擾、噪聲以及其他信號的影響都會造成一定程度的損耗情況，除此之外，信號的自身情況也會造成一定的損耗。研究表明，頻率越高，損耗越嚴重，這就意味著相對于其他波段，毫米波的損耗情況更嚴重，這也是毫米波研究過程中的一個困難。在實際中，在高頻段通過使用大規模的接受發射天線，可以對能量進行一定的聚集，獲得較好的增益情況，進而改善毫米波損耗過大的情況。

1.2 建筑物穿透損耗

在對通信技術進行研究時，發現當信號通過建筑物時，會發生一定的損耗，并且這種損耗跟頻率有關，通常低頻段的信號可以在穿透建筑物時，保留較好的信號強度。毫米波在這方面的損耗要更大些。這就意味著使用毫米波進行信號傳輸時，很可能由于信號損耗過大導致失真，不過目前隨著無線網絡的不斷普及，可以在室內的有效范圍之內使用WIFI增加信號強度，保證信號質量。

1.3 雨衰

對傳播特性的研究也是毫米波研究的重要內容，其中雨衰作為一個重要因素不得不提。雨衰能夠對無線系統的傳播路徑長度進行影響，進而使信號的可靠性下降，這樣就會對高頻段的微波鏈路造成一定的限制。隨著雨量的增大，對毫米波系統的干擾效果會越來越明顯。其中雨滴的作用還會使信號發生散射，使信號的質量嚴重下降。

2 大規模MIMO技術

作為5G無線通信網絡物理層的另外一個關鍵技術，大規模MIMO技術對于無線通信技術的發展具有重要的作用。對該技術的研究主要會通過對大規模MIMO技術的簡單介紹，該技術的信道狀態信息的獲取方式以及大規模MIMO在高頻段的應用進行。

2.1 大規模MIMO簡介

不同于傳統的MIMO技術，大規模的MIMO技術可以降低硬件的復雜程度、提高信息處理效率以及降低能量損耗，同時還可以降低租賃成本。隨著互聯網技術以及云計算大數據技術的不斷發展，傳統的MIMO技術已經面臨淘汰的邊緣。當前對信息的需求量以及信息的處理效率都有了明顯的提升。基于大規模MIMO的幾大優勢如：提高系統容量、降低成本以及增強抗干擾能力，對該項技術的研究已經成為5G無線通信技術的重要工作。

2.2 信道狀態信息的獲取

大規模MIMO技術盡管具備一定的優勢，但在研究過程中依然具有一定的問題出現。隨著天線數量的不斷增加，基站對信息的接受要保證精確，對信道狀態信息的獲取就產生了一定的挑戰。通常利用時分雙工，將上行信道和下行信道的信息進行交互完成對信息的接受。不同于頻分雙工，時分雙工可以對信道的開銷進行有效降低，省去建立反饋的麻煩，可以保證基站中天線數量不受限制。只是這種方式在高速移動的環境下對信號的質量難以保證。通過上行訓練，不同區域的用戶同時通過導頻向基站發送信號時，會造成一定的混亂現象，導致導頻污染。

2.3 大規模MIMO在高頻段的應用

大規模MIMO技術會使用大量的基站天線設備，這將會對系統的設備處理能力以及相應的布局和網絡建設工作帶來一定的挑戰。對天線形態的不斷調整會不斷降低工程的難度系數，這也是大規模MIMO技術的重要發展方向。不過在大型收發信號的能量損耗以及接受天線端的模擬數字信號轉換上還會有一定的問題，仍然值得技術人員加強重視。

3 結語

綜上所述，無線通信技術不斷改善著人們的生活方式，為大家的生活帶來更多的便利條件。5G無線通信技術的不斷發展相信會為整個社會帶來全新的面貌。本文通過對其物理層重點技術的介紹，可以看出毫米波技術以及大規模MIMO技術將會是5G無線通信技術的重要技術。只是當前的研究依然存在一定的問題，要想保證新的無線通信技術可以更好的為社會服務，還應該對相關技術的研究不斷加強，并通過不斷試驗工作，改善技術水平。

參考文獻

[1]湯進凱，王健.面向LTE-Advanced Pro及5G發展的城域傳輸網絡演進的思考[J].電信科學.2016，（S1）：112.

[2]趙軍輝，陳燕，黃德昌，黃大成.基于“端—管—云”體系的車載自組織網絡關鍵技術[J].電信科學.2016，（08）：45.

[3]許方敏，仇超，趙成林.業務需求推動下的5G若干關鍵技術探討[J].電子技術應用.2016，（07）：123.

[4]王志勤，羅振東，魏克軍.5G業務需求分析及技術標準進程[J].中興通訊技術.2014，（02）：2-4+25.

[5]楊峰義，張建敏，謝偉良，王敏，王海寧.5G蜂窩網絡架構分析[J].電信科學.2015，（05）：52-62.endprint