新時期視角下5G無線通信技術發展分析

葉 聰

（南京信息工程大學，江蘇 南京 210000）

1 研究新時期視角下5G無線通信技術發展的現實意義

科學技術的不斷向前發展帶動社會各種生產力的提升，進而全面提高了人們的日常生活質量，而且經濟規模的不斷擴張促進了科學技術的快速革新，形成一種良性發展循環狀態[1-4]。當前我國通信技術不斷向前發展，是實現我國社會經濟穩定提升的重要保障基礎，同時也為人們的日常生活與通信帶來了諸多便利。我國在通信技術方面投入了大量的人力、物力以及財力，并且在近幾年的發展過程中，無線通信技術取得了令人矚目的成就?，F階段，我國正在逐步進入5G通信時代并且長期演進（Long Term Evolution，LTE）技術也正式被應用到商業發展領域中，無線移動通信技術的應用已經逐漸達到了世界一流的發展水平。與此同時，5G技術的大規模推廣和應用為人們的日常生活與工作帶來了諸多便利，改變了人們的生活方式，提高了人們的生活質量[5]。

5G技術是現階段世界各大強國之間相互競爭的重要技術領地，各個國家想要在5G技術時代來臨之前搶奪各種發展先機，5G時代的布局和推廣工作直接影響到世界通信技術的未來發展方向。整體而言，我國在通信技術的發展層次上相比于幾十年前有了跨越式的進展，并且在一些無線通信技術的應用方面達到了世界領先水平，但是整體而言，和世界上一些發達國家相比，我國在無線通信技術的積累工作方面仍然需要進一步提升。如何在新時期發展背景下推進5G無線通信技術的更深層次發展具有非常重要的現實意義，要不斷縮短和世界各大強國之間的技術差距，從而帶動我國社會經濟的快速增長[6]。

2 新時期視角下5G無線通信技術的應用現狀

我國5G技術的研究工作主要是以華為科技和中國移動作為領跑者，國外5G技術的研究中，英國的薩里大學與三星電子作出的貢獻較大。當前，我國在5G技術研究工作方面已經取得了明顯的成績，新時期發展視角下5G無線通信技術的應用現狀主要包含以下幾個方面。

2.1 高頻傳輸通信技術

隨著我國互聯網技術的不斷革新和優化，我國網絡用戶整體呈現指數增長，用戶方面對于信息傳輸效率和質量提出了更高的要求與標準。例如，隨著網絡用戶的不斷增加，現有的信息傳輸網絡在信息傳輸效率和穩定性方面需要得到進一步提升，通過5G高頻傳輸通信技術的應用可以改善傳統無線通信技術存在的欠缺和不足。有效應用5G無線通信技術可以很大程度上優化網絡用戶的使用體驗，但是該項技術在現階段的使用過程中仍然存在一定的問題，如數據傳輸過程中的波動相對較大、信息傳輸成本較高等，這些問題需要引起相關研究工作人員的充分重視[7]。

2.2 密集網絡通信技術

無線通信技術與人們的日常生活與生產活動之間有著密切的關聯，5G技術的快速向前發展可以有效解決無線信息傳輸過程中存在的各種問題。例如，不同地區人口數量不同，對于信息傳輸工作需求也有所差異，無線通信網絡在實際使用過程中需要根據不同的信息傳輸要求和標準提供必要的技術支撐與保障，以免產生信息傳輸需求量過高，無法滿足信息傳輸效率和穩定性要求。密集網絡通信技術的合理應用可以有效解決這一問題所產生的影響，對于低需求地區需要建立起低功率信息傳輸節點，有效提高熱點區域信息傳輸效率和穩定性。通過密集網絡通信技術的應用可以有效解決不同地區信息傳輸量和傳輸穩定性的要求與標準，盡管該項技術在實際使用過程中仍然存在一定的問題，但是隨著后續的技術革新和優化將會全面提高信息傳輸效率及穩定性[8]。

3 關于新時期視角下5G無線通信技術問題的應對方案

3.1 更多頻譜

3.1.1 高頻段信號傳輸和關鍵技術

在5G無線通信技術的研究和使用工作過程中，高頻段信號傳輸技術是其中非常關鍵的技術組成部分，同時也是該項技術未來研究和發展的重要方向?，F階段，隨著5G無線通信技術的研究程度不斷提升，已經有研究工作單位對于5G無線通信技術展開了高頻段信息傳輸和測試研究工作，并且取得了相對比較明顯的研究工作成果。高頻傳輸通信技術在5G無線通信技術研究工作中的有效應用可以充分實現無線通信網絡數據信息的高效率傳輸，保證信息傳輸工作的穩定性。在高頻段信號傳輸技術的研究和使用工作過程中，仍然存在一定的問題和不足，主要包含高頻段信號傳輸過程中容易受到吸收損耗等問題的影響，并且還存在信號頻段設置過高等問題，會造成無線通信工作過程中電磁波路徑出現較高的損耗，使得數據傳輸穩定性下降[9]。高頻段信號傳輸過程如圖1所示。

圖1 高頻段信號傳輸

3.1.2 靈活頻譜共享技術

靈活頻譜共享技術在使用過程中主要是基于5G技術的物理層設計為基礎，屬于4G和5G技術之間的動態頻譜共享基礎。在相同的子載波間隔與相似的結構條件下，4G和5G之間的動態頻譜可以實現靈活共享。例如，在人們的日常生活中，比較常用的手機運用導頻信號來建立起公共信號傳輸網絡，并且靈活地與5G網絡通信之間實現同步工作。頻譜共享技術的應用能夠實現導頻和同步信號之間的有效對接，對于手機進入網絡并與網絡保持通信工作之間有著至關重要的作用。其本質意義主要在于調度用戶，以此來保證用于同步和下行鏈路測量的參考信號在信息傳輸工作過程中不會出現嚴重的沖突，并且也不會對LTE用戶的信息通信造成嚴重的影響。

3.2 更高頻譜效率

3.2.1 非正交多址接入技術

非正交多址接入技術和傳統的正交傳輸技術之間存在一定的差異性，在信息傳輸過程中，主要是在發送端使用非正交發送方式主動引入干擾信息，同時在接收端通過串行干擾刪除技術實現正確的調節。非正交傳輸過程中，基本工作模式主要是使用復雜的接收機設計有效換取更高的頻譜效率。隨著芯片處理能力的不斷提升，將使得非正交傳輸技術在實際系統中的應用成為可能。

非正交多址接入技術中主要包含串行干擾刪除技術和功率復用技術等。（1）串行干擾刪除技術。在信息的發送端通過引入干擾信息可以有效獲取更高的頻譜傳輸工作效率，但是在信息傳輸工作過程中，同樣也會受到多址問題的干擾，對于消除多址干擾問題在經過第3代移動通信系統的研究工作已經取得了很多的工作成果，串行干擾刪除技術是其中比較重要的技術方法之一。在系統接收端通過使用標準接口連接（Standard Interface Connector，SIC）接收機設備可以實現多用戶信息傳輸檢測，串行干擾消除技術的基本思想主要是使用逐級消除干擾工作策略，在接收信號中準確判斷各個用戶信息，并且將用戶信號產生的多址干擾信息從最終的接收信號中去除，然后再對剩下的用戶實施二次信息判斷，如此循環操作直到消除所有的多址干擾問題[10]。（2）功率復用技術。在接收端消除多址干擾之后，需要在接收信號內部對用戶實施信號判決，有效消除干擾用戶信息傳輸的先后順序，而判決工作的主要依據是用戶信號功率大小不同的基站。在信息發送端會針對不同的用戶分配不同的功能信號，以此來有效獲取系統信號傳輸工作的最大性能增益，同時可以達到區分用戶的作用和效果。

3.2.2 電磁渦旋無線傳輸技術

電磁渦旋無線傳輸技術主要是利用電磁波所具備的多維度特點，可以有效提高無線頻譜的使用工作效率。其中比較常用的電磁波維度特征量主要包含頻率、時間、空間以及偏振，所對應的信號復用方法主要包含頻分復用、時分復用、空分復用以及極化復用等。電磁渦旋無線傳輸技術還利用了電磁波軌道角動量的傳輸特性將電磁波束進行扭曲與纏繞，并且通過不同波束扭曲角度的差異性，全面實現電磁波在不同軌道角動量上的復用效果，以此可以有效提高無線信道的容量大小，提高信息傳輸工作的效率和穩定性。

3.3 更多基站

3.3.1 大規模天線技術

隨著通信產業的不斷向前發展，頻譜資源總量日漸稀少，如何全面提高頻譜使用率成為我國5G通信技術未來發展的重要研究問題。在此發展背景下，基于大規模天線技術的應用可以對這一問題進行合理解決。通過使用大規模天線技術可以帶來更大的陣列效益和干擾抑制效果，可以使頻譜效率和邊緣用戶頻譜效率得到全面提升。不但如此，大規模天線技術的應用還可以全面實現對空間位置的合理劃分，通過使用空分多址同時對多個用戶進行服務。當前在5G通信技術的發展過程中，已經正式推出關于大規模天線技術的增強與改進工作方法，有效滿足不同區域對于信息傳輸容量以及資源下載速率增長的要求和標準，但是基于5G通信系統條件，基站下行最大只能同步支撐8根發送天線，對于性能的提升仍然比較有限。在未來的5G技術發展過程中，通過引入有源天線技術可以充分實現各基站達到3D波速成型效果，可以進一步提高系統信息傳輸容量，有效滿足日益增長的數據傳輸業務要求和標準。

3.3.2 超密集組網技術

為了有效應對未來可持續增長的業務發展工作要求，通過使用超密集組網技術方法將成為5G提升網絡整體性能的關鍵方式之一。通過在網絡中有效引入更多低功率的信號傳輸節點，可以全面實現增強熱點、消除盲點、改善網絡覆蓋面以及提高系統容量等多種功能和效果，但是隨著信號傳輸密度的不斷增加，整個網絡拓撲結構也會變得越來越復雜，在5G通信工作過程中經常會受到外部環境干擾的影響，因此對于超密集組網技術的應用而言，必須要有效提高信息通信網絡的抗干擾性能，特別是提高一些邊緣用戶的信息傳輸穩定性。通過超密集組網技術的應用可以有效提高網絡信息傳輸的靈活性，降低信息傳輸工作過程中的外部環境干擾，同時可以為更加靈活的自適應網絡提供有效保障。

4 結 論

通過對5G技術的進一步開發和應用，其將會在我國各大社會產業中發揮出關鍵性的作用和優勢?，F階段，我國很多地區已經正式開始使用5G技術，并且在各大產業領域中的應用效果比較明顯，但是其中的一些核心內容仍然需要進行進一步的革新和優化，從而為推動我國通信行業以及整個社會經濟的快速發展提供有力保障。