淺談我國5G無線通信網絡物理層關鍵技術

冷靜

摘要：經濟社會的飛速發展推進了無線通信網絡技術的不斷進步，使得信息傳輸的速度和質量越來越高，極大便利了人們的工作和生活。當前我國5G通信網絡的建設步伐也在逐步加快，計劃在2020年后進行5G無線通信網絡的全面覆蓋，5G通信網絡能夠使得信息傳輸進一步加快，滿足更多用戶更高的通信要求，提升用戶體驗，但是在建設過程中我們還有很多關鍵技術需要突破，加強對毫米波通信、大規模MIMO技術等的研究探討，加速推動我國5G無線通信網絡的建設實現。隨著社會不斷地進步和發展，我國正在努力研究5G無線通信技術，并計劃在最短的時間里這種無線通信技術能全面地普及。本文對5G無線通信網絡物理層關鍵技術進行了分析，希望通過本文的分析能夠促進我國通信技術的發展，并且為其提供一些寶貴的建議。

關鍵詞：5G無線通信;物理層技術;分析

引言：

現代信息技術的廣泛應用推進了我國無線通信領域的繁榮發展，無線通信技術更新換代速度越來越快，當前4G無線通信已經得到了廣泛的普及，有效提高了信息傳輸的速度和效率，已成為我國經濟社會發展新的推動力。隨著人們對無線通信技術越來越高的要求，我國正加大投入研究5G通信技術，深入探究5G無線通信網絡的建設和應用，現階段我國5G無線通信網絡建設中，物理層方面的技術難題還比較多，所以必須要著重加強對物理層關鍵技術的分析。

一、5G無線通信網絡構建的意義

1. 提高頻譜資源利用率

從頻譜資源的利用中能夠看出，無線通信網絡中的頻譜資源過度的集中，這在不僅會影響信息傳遞的速率，還能對傳遞信息的整體質量產生影響。在4G無線通信網絡建立之后，為了提高傳遞信息的速度，不斷地增加頻譜資源的使用量。然而，在5G無線通信網絡中，就可以實現對頻譜資源進行有效地利用。

2. 擴展系統的容量

信息技術和網絡技術的發展，促進了大數據時代的到來，在大數據時代，人們日常生活和工作中都會面臨海量的信息資源，信息數量種類呈爆發式增長，而且隨著時間的不斷推移，信息資源數量會逐步劇增，這對無線通信網絡的系統容量提出了巨大的挑戰。5G無線通信網絡在構建之后，系統的容量會顯著增多，系統中能夠容納更多的數據和信息，這樣才能夠提高人們信息數據傳輸的穩定性和質量，對于信息傳輸速度的提升也有著積極的影響。

3. 優化用戶體驗

網絡通信技術的發展和應用，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、便捷和穩定的無線互聯網環境，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。

二、5G無線通信網絡的主要特點

5G無線通信網絡具有以下四個方面的特點：

（1）會使用更高的頻譜資源。在當前4G頻譜資源的使用中，已經出現了嚴重短缺的現象，未來5G移動通信能更好地解決這一問題，并對其進行更好地使用。

（2）具有更大的系統容量。伴隨著互聯網絡技術的發展，計算機的容量將會進一步地擴大，預計在未來的幾年時間里，數據量會出現呈千倍增長的局勢，用戶所使用的計算機速率也需要極大程度上的提高，這就對5G無線通信網絡帶來了一定的挑戰，使其必須具有更大的系統容量。

（3）更加注重用戶的體驗。用戶對數據的傳輸速率需求會持續不斷地增長，但當其能夠滿足用戶處理相關數據的需要時，就會格外注重用戶的體驗。在安全、穩定的無線網絡環境中，注重用戶的體驗會成為5G無線通信網絡發展的方向之一。

（4）較低的能量損耗。在我國，能量的損耗成為了急需解決的重要問題，它不僅對環境造成一定的影響，還會威脅著人類的發展。

為此，5G無線通信網絡會向著綠色通信的方向發展，并且在此基礎上將能量的損耗降到最低

三、5G無線通信網絡物理層關鍵技術

1. 毫米波通信技術

（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。

（2）建筑物穿透損耗

任何的信號在發射的過程中，都會由于發射功率輻射擴散和信道傳播特性，造成路徑損耗，該問題是無法徹底根除的，而且在傳輸的過程中，還很容易受到其他因素的干擾，導致信號出現二次損耗。但是經過研究表明，在一定的傳播距離內，頻率越高，損耗越大，所以毫米波通信技術在應用的過程中，需要在高頻段應用大規模接收發射天線，進行波束成形，盡量進行能量的集中，減少由輻射擴散造成的損耗。信號在穿透建筑物的過程中，必然會受到損耗，而毫米波在穿透建筑物的過程中，損耗會更大，使得室內的信號變弱，該問題是急需解決的重要問題。

（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

大規模MIMO通信網是為進一步增加頻譜利用率和系統的覆蓋率，并能提高單位比特能耗利用率。MIMO技術初期的發展以單點對單點為主，但隨著用戶對通信系統的通信容量需求的不斷提升，MIMO技術將朝著多用戶的方向發展，具體實施的技術方案是將多根天線置于發射端和接收端，通過加大了對發射功率的復用和通信帶寬的復用讓無線通信系統的性能更為完善，這種技術方案可以滿足現有時頻資源下，最大化空間的分集增益、空間的多路復用增益和空間陣列增益，以此來對系統的容量和通信鏈路的可靠性進行提升，最終的使得整個通信系統的數據速率和能源效率的最大化。

3G、LTF、Wi-Fi技術等都屬于MIMO技術，但這種傳統的MIMO技術在利用的過程中，不僅硬件和信號處理復雜度出現了增加的現象，且能量消耗也存在一定的問題。尤其是隨著移動互聯網信息技術的進一步發展，傳統的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，大規模的MIMO技術營運而生。

結束語：

經濟社會的飛速發展推進了無線通信網絡技術的不斷進步，使得信息傳輸的速度和質量越來越高，極大便利了人們的工作和生活。當前我國5G通信網絡的建設步伐也在逐步加快，計劃在2020年后進行5G無線通信網絡的全面覆蓋，5G通信網絡能夠使得信息傳輸進一步加快，滿足更多用戶更高的通信要求，提升用戶體驗，但是在建設過程中我們還有很多關鍵技術需要突破，加強對毫米波通信、大規模MIMO技術等的研究探討，加速推動我國5G無線通信網絡的建設實現。

參考文獻：

[1]基于面向5G無線通信系統的關鍵技術探討[J].劉馨.數字通信世界.2019（04）

[2]5G無線通信網絡物理層重點技術[J].沙尼亞·阿不都吉里.信息與電腦（理論版）.2019（02