5G無線通信網絡物理層關鍵技術

周 勇

（中郵通建設咨詢有限公司，南京 210000）

隨著現(xiàn)代信息技術的不斷發(fā)展，以及移動設備用戶的不斷增加，無線通信網絡信息技術得到了迅猛的發(fā)展。從上個世紀90年代的2G系統(tǒng)，到2001年3G系統(tǒng)、2008年的4G系統(tǒng)，再到如今的LTE-Advanced技術。如今，無線通信網絡信息技術已經全面融入到人們的生活中，顯著改善了人們的生活方式。

1 5G無線通信網絡信息技術

4G網絡技術雖然具有較強的優(yōu)勢，但在具體的利用過程中，在頻譜效率、用戶數量、網絡流量等方面，仍存在一定的問題。這就在一定程度上，推動了5G無線通信網絡信息技術的發(fā)展。

5G無線通信網絡信息技術，主要是利用高頻段進行通信，并為用戶提供了高效的、穩(wěn)定的、安全的、實時的無線通信方式[1]。與4G網絡技術相比，5G無線通信網絡信息技術具有較為明顯的優(yōu)勢，集中表現(xiàn)在以下三方面：

首先，提升了頻譜資源的利用率。就目前而言，全球可以利用的頻譜資源主要集中在300MHz-3GHz，尤其是隨著移動用戶設備的持續(xù)增加，無線通信網絡頻譜出現(xiàn)資源過度集中的現(xiàn)象，這就在一定程度上影響了信息傳遞的速率，以及信息傳遞的整體質量。5G 網絡信息技術的研究，更進一步拓展了頻率段，使其拓展為3-300GHz，實現(xiàn)了頻譜資源的有效利用。

其次，擴展了系統(tǒng)的容量。伴隨著互聯(lián)網信息技術的迅猛發(fā)展，人類社會已經全面進入到信息時代，且其使用數量已經出現(xiàn)千倍的增長趨勢，信息社會也逐漸進入到大數據時代。在這種情況下，4G網絡通信技術無法滿足當前的需求。而5G無線通信網絡技術的應用，提高了數據傳輸的穩(wěn)定性，保證視頻、音頻、圖片等信息的快速傳播。

最后，更加注重了用戶的體驗。網絡通信技術的發(fā)展和應用，改變了人的生活方式，豐富了人們的日常。5G網絡通信技術與4G網絡技術相比，給用戶提供了一個更加高效、流暢、便捷和穩(wěn)定的無線互聯(lián)網環(huán)境，不僅有效保證了技術的先先進行，更加重視用戶隨時隨地體驗[2]。

2 5G無線通信網絡信息物理層關鍵技術

5G無線通信網絡的興起和發(fā)展，必須要有關鍵的技術作支撐。

2.1 毫米波通信技術

毫米波通信技術是一種典型的傳輸方式，主要是利用毫米波的方式進行通信，在具體應用過程中，具有較強的優(yōu)勢，如：對煙霧具有極強的穿透力、信號傳輸質量相對較高、信號傳輸的保密性比較高。

就目前而言，幾乎所有的無線通信頻段都集中在300MHz-3GHz，而對該頻段之外的3-300GHz毫米波頻段的利用率相對較低。5G通信技術就是打破了傳統(tǒng)的無線通信頻段，著力對毫米波頻段進行有效的開發(fā)和利用，有效提高網絡的傳輸質量和傳輸效率，以滿足當今社會大數據時代的需求。

隨著5G技術的興起，5G毫米波通信技術的相關研究也取得了一定的成果。如：三星的研究人員設計了一種波束成形天線，這種天線可以在毫米波頻段工作，并在2km的距離上實現(xiàn)了1Gb/s的數據傳輸速率；還有的學者分別在28GHz、38GHz兩個頻段內進行傳播測量試驗，并且得到了相關的數據，這些數據為5G毫米波技術提供了較大的參考價值。但是，擺在研究人員面前的是，5G毫米波技術的發(fā)展過程中，還必須要克服一些問題，主要集中在毫米波傳播過程中的路徑損耗、建筑物穿透損耗、雨衰等[3]。

2.2 大規(guī)模MIMO技術

3G、LTF、Wi-Fi技術等都屬于MIMO技術，但這種傳統(tǒng)的MIMO技術在利用的過程中，不僅硬件和信號處理復雜度出現(xiàn)了增加的現(xiàn)象，且能量消耗也存在一定的問題。尤其是隨著移動互聯(lián)網信息技術的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)的MIMO技術已經無法滿足人們對圖片、視頻等高需求。

在這種情況下，大規(guī)模的MIMO技術營運而生。與傳統(tǒng)的MIMO技術（如圖1所示）相比，大規(guī)模的MIMO技術主要是采用減少區(qū)域尺寸的方式，提高信號傳輸的容量。大規(guī)模的MIMO技術不需要大面積的更新移動用戶的終端設備，有效提高了系統(tǒng)的覆蓋率，提高了頻譜的利用效率，并且提高了網絡傳輸的質量和效率。

圖1 大規(guī)模MIMO基本模型

隨著5G系統(tǒng)的研究，大規(guī)模的MIMO信息技術作為一個新興的領域，并且取得了一定的研究成果。但是大規(guī)模的MIMO系統(tǒng)下，數據在傳輸的過程中非常容易受到多種因素的干擾，如：小區(qū)內干擾、非相干干擾、區(qū)間干擾等。另外，大規(guī)模的MIMO技術在運行的過程中，隨著天線數目的逐漸增多，必須要及時了解基站的信道狀態(tài)，并對其上行、下行的信道進行詳細的檢測，以有效保證信號較快的傳輸速率。

3 5G應用場景

5G無線通信網絡與傳統(tǒng)的網絡不同，不僅要滿足移動終端用戶對語音、視頻、圖片等多項業(yè)務的需求，并且5G網絡系統(tǒng)有效增強了數據的業(yè)務范圍、業(yè)務能力。

未來的世界是5G網絡系統(tǒng)的世界，是一個多網絡的融合，構成了一個涉及人們交通、工作、休閑、居住等各個場景在內的、巨大的異構網絡。并且5G異構網（如圖2所示）絡將突破現(xiàn)有網絡系統(tǒng)的信號傳輸質量和傳輸效率，尤其是在高密住宅區(qū)、辦公室、體育場、露天集會、擁擠的交通、地鐵、高速公路等特殊的場景下，5G異構網絡顯示了巨大的優(yōu)勢。

與傳統(tǒng)的網絡系統(tǒng)相比，5G無線通信網絡技術在人們日常的生活、工作、休閑娛樂中得到了廣泛的應用，并且具有顯著的優(yōu)勢，集中表現(xiàn)在：一是增加了信道的帶寬，充分利用了新興的信息技術，如：毫米波通信技術、無線電認知技術等，獲得了更多的頻譜資源，提高了網絡信息系統(tǒng)的容量；二是充分利用了大規(guī)模的MIMO信息技術、空間調制技術等，有效增加了信道的子信道數目；三是增加了傳統(tǒng)網絡的覆蓋率，有效消除了信息傳輸過程中的干擾因素，提高了信息傳輸的速率和質量[4]。

圖2 5G異構網絡

4 結束語

綜上所述，隨著互聯(lián)網信息技術的進一步發(fā)展，5G無線通信網絡信息技術滿足了互聯(lián)網業(yè)務的飛速發(fā)展，有效提高了信息傳輸的速率和質量，給用戶創(chuàng)造更加的用戶體驗服務。因此，必須要對5G無線通信網絡物理技術進行詳細的分析和研究，以有效促進5G通信網絡的發(fā)展。