關于面向5G無線通信系統的關鍵技術分析

黃韶華 葉國超

摘 ?要：現階段，我國正在全力加速進行5G建設。作為一種新的無線移動通信形式，5G可以以更高的速度向更多的互聯網用戶、手機用戶傳輸數量更多、形式更多樣的數據和信息，從而實現無線移動通信服務的創新與升級，繼而改變人們的生活、工作方式。但5G系統必須依托各種關鍵技術提供支撐，才能變成現實，否則便會淪為空中樓閣。本文將分析5G無線通信系統的關鍵技術，希望有助于加快5G發展。

關鍵詞：5G系統;無線通信系統;通信基站

中圖分類號：TN929.5 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0074-02

Abstract：At this stage，China is making every effort to accelerate the 5G construction. As a new form of wireless mobile communication，5G can transmit more data and information to more internet users and mobile phone users at a higher speed，so as to realize the innovation and upgrading of wireless mobile communication services，and then change people’s life and working mode. However，5G system must rely on various key technologies to provide support in order to become a reality，otherwise it will become a castle in the air. This paper will analyze the key technologies of 5G wireless communication system，hoping that this paper will help speed up the development of 5G.

Keywords：5G system;wireless communication system;communication base station

0 ?引 ?言

2019年，繼韓國、英國、美國、瑞士之后，我國成為世界上第五個開通5G服務的國家，這標志著我國已經邁入5G商用元年。國內三大運營商將在今后三年內建設超過300萬個5G基站，這一數字將占全球5G基站總數的一半，創造另一個屬于中國的“世界第一”。我國即將掀起5G建設的新高潮，研究5G無線通信系統關鍵技術具有非常重要的現實意義。

1 ?5G無線通信系統

人們學習、生活、工作離不開通信，而固定電話通信又極大地束縛了通信的范圍，并存在著速度慢、效率低等缺陷[1];因而無線移動通信應運而生。1980年代中期，第一代無線移動通信系統（1G）誕生，1G是模擬式通信系統，將300～3400Hz的語音信號轉換為高頻載波，但1G系統在運行中暴露出串號、盜號等問題，而且1G手機（俗稱“大哥大”）價格昂貴，通信資費過高，因而在1999年被淘汰;2000年，第二代無線移動通信系統（2G）投入運行，2G從模擬調制進入數字調制，頻譜利用率更高，系統容量更大，通信系統通用性更強，可提供多種業務服務，抗噪聲、抗干擾能力也有了明顯提高，但2G網速僅為9.6KB/s左右。2009年，工信部向中國移動、中國聯通、中國電信等三大運營商發放3G牌照，標志著第三代移動通信系統（3G）上線。3G采用CDMA技術，可以在同一時間為用戶提供語音、數據兩種業務，峰值速率上升至384kbit/s。2013年，第四代移動通信系統（4G）橫空出世，4G采用TD-LTE與FDD-LTE制式，峰值速率超過100Mbps。

在不到三十年的時間里，無線通信技術從1G發展至4G，但互聯網用戶數量仍然在以極快的速度增長，網絡上傳輸的數據越來越多、越來越復雜。據統計，目前全球互聯網用戶已超過39億，網絡上數據流量超過330萬億億字節;為適應社會的發展與用戶的需求，各國相繼推出第五代移動通信系統（5G）。相較于4G，5G資源利用率將提高十倍[2];5G采用小小區體系結構，將使系統的吞吐率提高25倍;5G應用毫米波技術，可使頻率資源擴展至少4倍。而5G峰值速率估計將達到10Gbps。5G技術的4種關鍵性能如表1所示。

2 ?分析面向5G無線通信系統的關鍵技術

5G系統必須依托一系列關鍵技術才能構建起來，否則便會成為空中樓閣。

2.1 ?綠色通信技術

5G采用毫米波傳輸信號，但毫米波路徑損耗大，繞射、散射能力弱，且毫米波還會被空氣、水分以及PM2.5塵埃吸收。因此，為推廣5G技術，運營商不得不建設更多的基站：2014年，全國4G基站總數接近100萬座，2018年，全國4G基站總數達372萬座;而5G基站數量估計將是4G基站的兩倍至三倍，預計2024年，全國5G基站將超過1400萬座。這無疑會增大5G系統的能耗，有悖綠色發展的時代主題。

因此，5G系統必須大力應用綠色通信技術。在器件層面上，要主動縮減信號包絡的峰值因子，優化功放單元功耗;5G基站應根據業務量變化，對器件功率進行動態調整，從而降低功耗;在鏈路層面上，要采用高能效傳輸技術，優化鏈路傳輸功率;在網絡級層面上，要采用小小區技術，降低傳輸功耗[3]。

有專家對通信基站進行過精細化分析，發現基站由收發設備（BTS）、空調系統、電源系統、配電系統、照明裝置構成。其中收發設備耗能占基站耗能的43%，空調耗能占基站耗能的46%，電源系統耗能占基站耗能的8%，照明裝置耗能占基站耗能的3%。因此，在5G基站收發設備上，應當主動應用智能關斷技術、雙密度載頻技術、分布式基站組網方式，以有效降低基站的基帶功耗、射頻信號功耗與靜態功放功耗。5G基站的空調必須全天24小時不間斷運轉，因此，在5G基站空調系統中，應主動采用自動化控制技術，實時監控基站內部溫度的變化，并根據溫度變化自動調控空調功率，從而主動降低空調能耗。

2.2 ?云計算技術

早在5G投入商業應用之前的2012年，《紐約時代》便發表文章，向全世界宣布大數據時代已經到來。所謂“大數 據”，描述的是在網絡時代數據總量呈幾何級數急劇增長，數據類型日趨多元、復雜。在大數據時代，傳統的并行計算、分布式計算、網格計算已經不能處理大量涌現出來的數據，人們處理的數據已經無法以TB級、PB級衡量，而上升至ZB級（1TB=10995.11627776億字節，1PB=1024TB=11259000億字節，1EB=1024PB=1.1529216百億字節;1ZB=1024EB=10萬億億字節）。因而專家們開發出了云計算技術。而5G系統也應積極應用云計算技術，充分發揮5G連通大量在線服務器的優勢，充分利用分布式網絡資源進行大數據計算;并在大量用戶中共享數據應用。5G系統還應主動應用移動云計算技術，采用離線階段算法與在線階段算法，進一步提升數據壓縮密度，同時克服云計算在時延性上的不足[4]。

2.3 ?空口技術

為了增強5G網絡的開放度，5G系統需要應用空口技術。5G空口技術又分為低頻新空口與高頻新空口。低頻新空口主要用于整合新型多址、調制編碼與大規模多天線陣列技術，適用于熱點高容量、連續性、大面積廣泛覆蓋、低時延的可靠場景;高頻新空口則通過高密度部署與超大帶寬信道，提高數據流量密度與數據傳輸速率，適用于高容量、高熱點、覆蓋面積小、信號指向性強的場景。

2.4 ?異構無線網絡技術

1G—3G采用單層蜂窩網絡，無法進行互相兼容;4G采用異構蜂窩網絡，兼容了過去的3G網絡，同時也擴大了自身網絡容量。而5G系統也須積極應用異構無線網絡技術，兼容現有的不同技術規范、不同類型的無線網絡，努力實現多網融合、多網共通，從而進一步擴大5G應用范圍。

2.5 ?D2D技術

5G還須應用D2D技術，允許短距離的終端之間通過復用的小小區資源直接進行通信，從而降低終端發射功率，支持更加靈活的網絡拓撲架構。

3 ?結 ?論

5G本身就是技術創新的產物，在5G時代，技術創新的速度必將進一步提升。我們完全可以預見以上這些關鍵技術也將發展、升級，甚至被更先進的技術所淘汰。因此，我們不僅需要密切跟蹤5G技術的發展，更應積極研發5G核心技術，牢牢掌握5G主導權。

參考文獻：

[1] 王豐勇.面向5G無線通信系統的關鍵技術探討 [J].電子測試，2019（11）：84-85.

[2] 盧敏華.面向5G無線通信系統的關鍵技術淺談 [J].數字通信世界，2019（5）：68.

[3] 任榮，李軍.關于面向5G無線通信系統的關鍵技術分析 [J].數字通信世界，2019（1）：61.

[4] 段煉，宮長龍.5G無線通信系統的關鍵技術分析 [J].中國新通信，2018，20（20）：163.

作者簡介：黃韶華（1971.10-），男，漢族，廣東揭陽人，總

經理，通信工程師，碩士，研究方向：移動通信;葉國超（1979. 09-），男，漢族，廣東新會人，設計三所所長，通信工程師，本科，研究方向：移動通信。