基于5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的物理層關(guān)鍵技術(shù)研究

高 星

（山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

無線通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展中扮演著重要角色，與數(shù)據(jù)信息的快速傳輸、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的拓展以及人們的工作生活等都有著密切聯(lián)系。因此，對(duì)物理層關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，對(duì)5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)運(yùn)行有積極影響[1]。

1 5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)的利用價(jià)值

1.1 擴(kuò)大了通信系統(tǒng)容量

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的日趨變化下，傳統(tǒng)的技術(shù)手段已經(jīng)難以滿足多類用戶的無線通信需求。而在5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用下，系統(tǒng)整體容量得到了有效提升，不僅給數(shù)據(jù)信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸提供了穩(wěn)定平臺(tái)，還間接提高了信息的傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)資源得到了有效利用[2]。

1.2 改善了網(wǎng)絡(luò)用戶體驗(yàn)

人們借助無線通信網(wǎng)絡(luò)不僅能獲取到音頻、視頻以及圖像等各項(xiàng)目標(biāo)資源，還能在多種環(huán)境條件下及時(shí)接收或發(fā)送指定信息，是豐富人們溝通及對(duì)接方式的有力武器之一。相比4G網(wǎng)絡(luò)而言，5G網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)約不少人們等待信息傳輸?shù)臅r(shí)間。如用戶在加載大容量視頻或圖片時(shí)，便可以在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下快速觀看到信息，避免因網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸不當(dāng)而出現(xiàn)卡頓或加載異常等情況，降低用戶體驗(yàn)感。而良好的體驗(yàn)感能有效提升后期用戶對(duì)通信服務(wù)的評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)無線通信事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展有促進(jìn)作用。

2 5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)的類型

2.1 MIMO無線信息技術(shù)

MIMO技術(shù)具有較強(qiáng)的時(shí)效性與實(shí)用性特點(diǎn)，能夠在無線通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮出良好的作用。但是在5G網(wǎng)絡(luò)的不斷推廣下，落后的MIMO技術(shù)已經(jīng)難以在多元化的無線通信環(huán)境中被得到認(rèn)可，需要對(duì)技術(shù)的應(yīng)用形式與原理等進(jìn)行創(chuàng)新升級(jí)，而大規(guī)模MIMO技術(shù)就是改進(jìn)后的產(chǎn)物。與原始技術(shù)相比，新型MIMO技術(shù)不僅能使系統(tǒng)容量得到最大程度上的提升，在實(shí)際應(yīng)用中也簡化了更新用戶端的流程，有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的合理配置。但大規(guī)模MIMO技術(shù)也有一定弊端，如系統(tǒng)天線數(shù)量會(huì)因技術(shù)創(chuàng)新影響而有所增加，若在設(shè)置天線線路時(shí)沒有對(duì)其進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，那么無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在運(yùn)行期間，便可能出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定或信號(hào)傳輸不到位等問題，不利于關(guān)鍵技術(shù)的合理應(yīng)用。

由于不同用戶對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的要求有較大差異，通常情況下，很多無線通信工作需要處在頻段較低狀態(tài)中得以完成，使得低頻段出現(xiàn)超負(fù)荷情況，給網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸與接收造成了很大負(fù)擔(dān)。而大規(guī)模MIMO技術(shù)是一種可以在高頻段得到穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)手段，既提高了頻道資源的利用率，又緩解了緊張環(huán)境下無線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行壓力。

2.2 毫米波無線通信技術(shù)

毫米波技術(shù)具有波長短、波束窄、傳輸頻率高、方向性強(qiáng)、頻譜寬等優(yōu)點(diǎn)。如在波長方面，毫米波技術(shù)應(yīng)用過程中不會(huì)與MIMO技術(shù)一樣使用到尺寸較大的天線，占地空間也較MIMO技術(shù)要小很多，技術(shù)人員只需要對(duì)天線的方位進(jìn)行科學(xué)設(shè)置即可。此外，毫米波技術(shù)不會(huì)受天氣影響而引發(fā)通信信道失效問題，穩(wěn)定性能較強(qiáng)，對(duì)信號(hào)傳輸頻率的定向維持有很大幫助，并適用于業(yè)務(wù)要求較高的多媒體領(lǐng)域中。

毫米波技術(shù)的不足有以下幾點(diǎn)：一是應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)時(shí)，可能會(huì)受建筑物阻擋影響而導(dǎo)致信號(hào)難以接受問題的出現(xiàn)，需要技術(shù)人員將因地制宜理念與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。二是使用毫米波技術(shù)傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)經(jīng)過一定范圍的自由空間，此時(shí)信號(hào)便可能在自由空間內(nèi)出現(xiàn)弱化現(xiàn)象，使得最終所接收的信號(hào)質(zhì)量難以達(dá)到理想狀態(tài)。三是若遇雷雨天氣時(shí)，毫米波技術(shù)下的信號(hào)可能會(huì)被雨水吸收一部分，有時(shí)還會(huì)被高大的植被吸收，需要技術(shù)人員在設(shè)計(jì)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)區(qū)域環(huán)境及周邊情況進(jìn)行細(xì)致勘察。

3 強(qiáng)化5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)的對(duì)策

3.1 完善無線通信傳輸速率

雖然無線通信網(wǎng)絡(luò)能為人們的信息生活和工作提供多重便利，但在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不斷變化與用戶數(shù)量的逐漸增加下，信號(hào)傳輸速率不僅會(huì)因信道資源的局限性而存在被干擾問題，若網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，還可能給無線通信安全埋下隱患，影響最終服務(wù)質(zhì)量。所以技術(shù)團(tuán)隊(duì)要以靈活、長遠(yuǎn)的眼光來對(duì)信號(hào)傳輸速率進(jìn)行階段性完善，充分發(fā)揮物理層關(guān)鍵技術(shù)的利用價(jià)值，使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與無線通信之間得到良性循環(huán)。由于無線通信服務(wù)被廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域，因此在強(qiáng)化系統(tǒng)信號(hào)傳輸速率前，技術(shù)人員要先對(duì)無線通信的應(yīng)用目的與方向有所明確，并結(jié)合實(shí)際通信需求來構(gòu)建相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系，從而為技術(shù)手段的有效落實(shí)奠定可靠基礎(chǔ)，為5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行鋪設(shè)穩(wěn)固道路。

3.2 提升關(guān)鍵技術(shù)安全系數(shù)

對(duì)提升物理層關(guān)鍵技術(shù)的安全系數(shù)給予關(guān)注，除了能為5G無線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的維護(hù)與協(xié)調(diào)管理打開雙重防護(hù)，還能為用戶的個(gè)人利益與隱私安全等提供保障，需要技術(shù)團(tuán)隊(duì)將以人為本理念有效貫徹到通信系統(tǒng)的建設(shè)及技術(shù)應(yīng)用中，來為更多用戶提供安全的通信服務(wù)，助力社會(huì)和諧發(fā)展。如針對(duì)公共場(chǎng)所下的無線通信服務(wù)，便可以采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)技術(shù)來對(duì)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，及時(shí)處理其中隱含的風(fēng)險(xiǎn)因素。若在監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常或系統(tǒng)故障等問題時(shí)，需要在第一時(shí)間啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，保證通信服務(wù)得到正常開展。

而針對(duì)個(gè)人通信服務(wù)，則可以采用權(quán)限設(shè)置或加密處理等方式來進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)的安全系數(shù)，避免出現(xiàn)信息泄露或盜用問題而給用戶造成不必要的干擾。

3.3 加大頻譜資源開發(fā)力度

頻譜資源對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的良好運(yùn)行有支撐性作用，對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸也有重要的輔助效果。但在各行業(yè)領(lǐng)域間的不斷發(fā)展與競(jìng)爭下，有限的頻譜資源已經(jīng)很難在擁擠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)揮出最佳效果，尤其在低頻段的無線通信環(huán)境中，很多用戶會(huì)受到頻譜資源不充足影響而難以享受到全面的通信服務(wù)體驗(yàn)，不僅給后續(xù)無線通信服務(wù)的持續(xù)推進(jìn)帶來了無形壓力與負(fù)擔(dān)，還降低了用戶對(duì)通信服務(wù)的滿意度與信任度。這就需要相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)能結(jié)合實(shí)際情況，來對(duì)低頻段的頻譜資源進(jìn)行合理開發(fā)，而在高頻段頻譜資源方面，則要準(zhǔn)確判斷物理層關(guān)鍵技術(shù)與通信系統(tǒng)間的制約與融合關(guān)系，拓寬高頻段頻譜資源的利用空間，為用戶提供多種選擇機(jī)會(huì)，為5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的多元化應(yīng)用提供動(dòng)力支持。

3.4 注重基礎(chǔ)設(shè)施更新維護(hù)

無論是5G無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，還是物理層關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施期間，都會(huì)使用到大量的設(shè)備裝置，且基礎(chǔ)設(shè)施的種類具有多樣、復(fù)雜的特點(diǎn)。若管理團(tuán)隊(duì)忽視了定期維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要性，那么關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用效率與質(zhì)量便可能受到影響，無線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效果也會(huì)有所下降，需要管理團(tuán)隊(duì)制定可實(shí)施的基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)方案，鞏固系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)。首先，要對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)所需要的設(shè)備裝置進(jìn)行全方位掌握，如設(shè)備型號(hào)、數(shù)量、尺寸、功能以及材質(zhì)等信息，都要做好相應(yīng)記錄，從而為日后的維護(hù)工作提供參考依據(jù)。其次，對(duì)于檢查維修中遇到的故障設(shè)備及老化裝置等，需要在上報(bào)后進(jìn)行更新處理，以免突發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)問題的出現(xiàn)而給通信系統(tǒng)運(yùn)行帶來不利影響。最后，要對(duì)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估分析，選擇性價(jià)比較高的設(shè)備與裝置，在降低通信系統(tǒng)運(yùn)行及管理成本的同時(shí)延長基礎(chǔ)設(shè)施整體使用壽命。

4 結(jié)束語

在科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力的同步提升下，很多先進(jìn)、高效的技術(shù)手段被應(yīng)用到了5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中。一方面是為了給良好網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的構(gòu)建創(chuàng)造有利條件，為通信事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展注入新鮮血液；另一方面則是為了更好地順應(yīng)新時(shí)期背景下無線通信領(lǐng)域的發(fā)展需求，為人們提供更便捷、更優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)。對(duì)于物理層關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用中存在的難點(diǎn)問題和干擾因素，一些技術(shù)團(tuán)隊(duì)也能對(duì)問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行及時(shí)分析，并結(jié)合無線通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行原理來制定出具有針對(duì)性的解決方案，為技術(shù)利用價(jià)值的提升帶來更多可能。