5G無線網絡物理層關鍵技術探析

中郵通建設咨詢有限公司 潘乙林

近年來，信息網絡科技技術的發展十分迅速，無線通訊網絡在人們的生活和工作中具有著重要的作用，隨著不斷的發展，人們對信息網絡技術發展的要求也是越來越高，這也就要求繼續進行高數據率以及新型無線技術的開發和探索，因此，就推動了5G無線網絡的研究，下面，本文就針對5G無線網絡物理層關鍵技術進行分析，來對其進行深入的了解。

前言：在現階段，人們對移動通訊設備的使用十分廣泛，而移動通訊設備的使用離不開無線網絡，經過長期的發展，無線網絡也從2G系統逐漸的發展到了4G系統，這也有效的提高了人們對網絡的使用水平，對人們的生活方式也產生了巨大的影響。新時期環境下，網絡設計師也是對5G無線網絡也是進行了不斷的研究，而5G無線網絡如何進行實現，其物理層關鍵技術有哪些，就是本文主要研究的內容。

1 5G無線網絡概述

5G無線網絡是一種蜂窩結構，一般無線用戶大多數時間在室內使用，而室外的利用時間一般僅僅占據了1/5的時間，所以小區的結構會對室外的基站造成一定的影響，由于建筑物墻體結構對無線網絡信號產生損耗，降低其數據的傳輸率與頻譜效率，則5G無線網絡就能夠有效的解決此問題。5G無線網絡構建能夠具有超高的速率和可靠性，同時延時指標也十分低，從而能夠提供用戶最佳的用網體驗。5G無線網絡部署具有著諸多的特性，其網絡架構比較靈活，還有多種接口支持不同的面向業務接入，同時其在鏈路的性能上，也能借助多跳方式完成網絡的覆蓋以及基站Mac層與用戶之間的直通，另外，其網絡還能夠按照環境與業務的需求進行組織和配置，從而實現網絡的最優化和智能化。5G無線網絡實現了多種網絡的融合，涉及傳統的蜂窩網絡和WiFi網絡等，同時還對匹配大規模的多天線的無線網絡傳感器進行了增加，比如，可見光的通信網絡和設備的直連通信，這些網絡都能夠通過統一核心網絡管控，將各網絡進行直接的信息交互，并實現了多場景通信管理和控制，如圖1所示。

圖1中的5G無線網絡的架構主要分為轉發平面、控制平面、以及接入平面等3方面，其中控制平面主要進行無線資源的集中控制與集中調度；接入平面主要是進行多種無線的設備與基站間快速靈活的接入；轉發平面主要是通過分布式的網關與控制平面統一的控制下進行數據的轉發。

2 5G無線網絡物理層關鍵技術

2.1 毫米波通信技術

頻譜資源利用是通信網絡技術發展的重要內容，現階段進行的頻譜資源利用集中于300MHz-3GHz的頻段，而對毫米波利用是十分有限的，其毫米波內也是含有大量頻譜的資源，而5G無線網絡通信技術就對毫米波內頻段資源進行了利用，也是其技術研究中的重點內容，毫米波研究的內容主要有路徑的損耗、在建筑物中的穿透損耗與雨衰等內容。路徑損耗主要的原因是由于發射功率敷設的擴散與通信通道對傳輸產生影響的作用，這些也是其無線網絡通信技術研究中必須面對的問題，而一旦遇到噪音、干擾和其它信號影響勢必會導致一定損耗現象出現，另外，其信號自身也可能存在一定程度損耗，通過相關研究顯示，信號的頻率越高其損耗也就越嚴重，則和其它波段相比，這種毫米波損耗的情況也是更為嚴重，同時其也是毫米波的研究中的難題，通過研究，通過在高頻段使用一些大規模接受發射的天線，就能夠實現能量的一定程度聚集，從而對毫米波的過大損耗進行改善，獲得一定增益效果。

穿透建筑物的損耗主要是指信號在通過相應的建筑物中，會出現一定損耗，此損耗還和頻率有很大關系，一般低頻段信號在通過建筑物中，其信號的強度保留則比較好，則毫米波的建筑物穿透損耗就相對比較大，進而在借助毫米波實施信號的傳輸中，就可能因為信號的損耗過大而造成失真，面對這種情況現階段的處理方式是在室內相應范圍內借助WIFI來進行信號強度的增加，提高信號的質量。毫米波也具有著傳播的特性，雨衰就是其一重要的因素，雨衰會對無線網絡系統傳播的路徑長度造成影響，導致信號可靠性的下降，因此會對其高頻段微波的鏈路發生限制，并且雨量增加也會對毫米波的系統產生更加明顯的干擾作用，甚至雨滴還會導致信號出現散射，造成信號質量的嚴重降低。

圖1 5G無線網絡架構

2.2 大規模MIMO技術

大規模MIMO主要使用多天線的技術，這種大規模的天線陣列能夠通過天線具有的空分特性，將相同時頻的資源向若干用戶同時服務，還能夠增加頻譜效率的有效性和傳輸可靠性，其空分特定有著高分辨率空間的自由度，多天線的技術波束在成型時能夠將波束限制于很小范圍中，所以能夠起到降低干擾和降低發射功率的效果，由于多天線的技術具有很高空間的自由度，則其信道反應也就十分精準，能夠有效降低隨機突發的情況對信道性能產生影響，因為多天線其占用的空間比較大，復雜的程度也比較高，基站一般使用4天線的技術進行實現。

圖2 大規模MIMO基本模型

大規模的MIMO技術具備著諸多的優勢，而研究的過程中也存在一定問題，天線的數量不斷增加中，為了保證基站能夠實現精準的信號接受，這對信道的狀態以及信息獲取勢必會產生巨大的考驗。面對這樣的情況，一般使用時分雙工的方式，來把上行信道與下行信道產生的信息交互和接受，其和頻分雙工不同，其能夠有效降低信道開銷，使基站中的天線數量沒有受到限制，但此方式于高速的移動環境中并不能保證信號質量，另外，大規模的MIMO技術也會用到大量基站天線的設備，因此這對系統設備的處理能力與布局、網絡建設等工作都會增加難度，如果對天線的形態進行不斷的調整，能夠有效對工程難度進行降低，其也是此項技術開發和發展中的重要方向。

3 結語

綜上所述，隨著時代的發展，無線通信網絡也需要根據時代發展的步伐不斷進行改進，5G無線通信網絡就是一種新型的網絡通信研究類型，為了促進其能夠更好的實現無線通信網絡性能的提升，還需要相關人員不斷對其技術進行研究，其未來也將對社會到來新的面貌。