论5G无线通信网络物理层关键技术

论 5G无线通信网络物理层关键技术

黄超明

中通服中睿科技有限公司 广东汕头 515000

摘要：现代信息技术的广泛应用推进了我国无线通信领域的繁荣发展，无线通信技术更新换代速度越来越快，当前4G无线通信已经得到了广泛的普及，有效提高了信息传输的速度和效率，已成为我国经济社会发展新的推动力。随着人们对无线通信技术越来越高的要求，我国正加大投入研究5G通信技术，深入探究5G无线通信网络的建设和应用。现阶段我国5G无线通信网络建设中，物理层方面的技术难题还比较多，所以必须要着重加强对物理层关键技术的分析。

关键词：5G无线通信网络；物理层；关键技术  

1. 5G无线通信网络信息技术
  4G网络技术虽然具有较强的优势，但在具体的利用过程中，在频谱效率、用户数量、网络流量等方面，仍存在一定的问题。这就在一定程度上，推动了5G无线通信网络信息技术的发展。5G无线通信网络信息技术，主要是利用高频段进行通信，并为用户提供了高效的、稳定的、安全的、实时的无线通信方式。与4G网络技术相比，5G无线通信网络信息技术具有较为明显的优势，集中表现在以下三方面：首先，提升了频谱资源的利用率。就目前而言，全球可以利用的频谱资源主要集中在300MHz-3GHz，尤其是随着移动用户设备的持续增加，无线通信网络频谱出现资源过度集中的现象，这就在一定程度上影响了信息传递的速率，以及信息传递的整体质量。

5G网络信息技术的研究，更进一步拓展了频率段，使其拓展为3-300GHz，实现了频谱资源的有效利用。其次，扩展了系统的容量。伴随着互联网信息技术的迅猛发展，人类社会已经全面进入到信息时代，且其使用数量已经出现千倍的增长趋势，信息社会也逐渐进入到大数据时代。在这种情况下，4G网络通信技术无法满足当前的需求。而5G无线通信网络技术的应用，提高了数据传输的稳定性，保证视频、音频、图片等信息的快速传播。最后，更加注重了用户的体验。5G网络通信技术与4G网络技术相比，给用户提供了一个更加高效、流畅、便捷和稳定的无线互联网环境，不仅有效保证了技术的先先进行，更加重视用户随时随地体验。

2. 5G无线通信网络技术的特点分析
  （1）全面的频谱资源。相对4G网络频谱资源而言，5G无线通信网络，为了解决其频谱资源无法满足现有需求出现短缺的现象，所以在进行5G无线通信网络建设时，全面的频谱资源是其最重要的特点之一。
  （2）强大的系统容量。随着时代的不断发展，人们对于计算机容量和数据量储存的要求更高，所以在进行5G无线通信网络技术的建设时，强大的系统容量时期不可避免的特点。
  （3）能量消耗低。近年来，我国能源需求不断提升，能源利用结构矛盾逐渐凸显，所以在进行5G无线通信网络建设时，其自身以“绿色通信”理念为发展思路的特点，使得其能量消耗方面的特点极为明显。

3. 5G无线通信网络物理层中关键技术分析
  3.1双公开的技术
  从实际的角度来看，其双公开技术主要是允许信息满足与同时传输相同频率的传输要求。当前的通信系统在发送信息时，由于信号干扰而难以提高整体质量。通过采用全公开技术，可以有效提高整体频率利用率，满足多频信息的传输需求，并有效地解决该问题。在通信系统中，难以在两个方向上以相同的频率进行发送。这就是双公开技术引起人们关注的主要原因。在5G通信系统中有效使用双公开技术可以使用无线电频谱资源来满足相应的要求。在实际操作中，可以实现可以杜绝干扰并消除已知干扰端信号的影响的信号模拟端，进而确保传输运行的稳定性。
  3.2绿色通信技术
  绿色通信技术主要用于降低信息传输过程中的能量消耗。从现有技术水平来说，这是目前无线通信业发展的一大挑战。虽说目前无线通信所消耗的能源仅占所有产业总能耗的3%，但是这个数值每年以15%～20%的速度增长。4G通信方式的普及已使通信技术的能耗大幅度增加，一旦5G通信系统普及，将面临更加严峻的考验。因此，研究绿色通信技术有非常重要的意义。目前，针对这方面的研究主要以提高能源的利用效率为目的，但降低了通信系统的频谱效率。如何根据实际情况权衡两者，成为当前必须面对的一个问题。

3.3毫米波通信技术
  对这项技术的分析表明，它可以有效地解决频谱资源不足的现象。“毫米波”是指波长为1至10mm的电磁波。在实际的无线通信中，毫米波的应用逐渐引起人们的注意。为了成功地将毫米波高频通信技术应用到实际工作中，有必要研究电磁波在大气中的传播特性。

（1）路径损耗
  发射功率的敷设扩散以及信道对传输的影响作用是导致路径损耗的主要原因。这也是无线通信技术中不可避免的问题，遇到干扰、噪声以及其他信号的影响都会造成一定程度的损耗情况。除此之外，信号的自身情况也会造成一定的损耗。研究表明，频率越高，损耗越严重，这就意味着相对于其他波段，毫米波的损耗情况更严重，这也是毫米波研究过程中的一个困难。在实际中，在高频段通过使用大规模的接受发射天线，可以对能量进行一定的聚集，获得较好的增益情况，进而改善毫米波损耗过大的情况。

  （2）建筑物穿透损耗
  任何的信号在发射的过程中，都会由于发射功率辐射扩散和信道传播特性，造成路径损耗，该问题是无法彻底根除的，而且在传输的过程中，还很容易受到其他因素的干扰，导致信号出现二次损耗。但是经过研究表明，在一定的传播距离内，频率越高，损耗越大，所以毫米波通信技术在应用的过程中，需要在高频段应用大规模接收发射天线，进行波束成形，尽量进行能量的集中，减少由辐射扩散造成的损耗。
  （3）雨衰
  对传播特性的研究也是毫米波研究的重要内容，其中雨衰作为一个重要因素不得不提。雨衰能够对无线系统的传播路径长度进行影响，进而使信号的可靠性下降，这样就会对高频段的微波链路造成一定的限制。随着雨量的增大，对毫米波系统的干扰效果会越来越明显。其中雨滴的作用还会使信号发生散射，使信号的质量严重下降。

3.4大规模的MIMO技术
  MIMO技术的应用，能够有效提高数据传输速率，提高系统的频谱效率、增加信号的覆盖范围，提高信号的传输质量，以及解决热点地区的高容量问题，对无线通信网络的建设是至关重要的。当前该技术在无线通信网络的构建中，已经得到了普遍的应用，但是5G无线通信网络在构建的过程中，对于信号的要求会更高，传统的MIMO技术已经无法满足其要求，在这种情况下，就必须要加强大规模MIMO技术的研究。通过对基站的改造，有效提高系统的容量和频谱效率。该技术在应用的过程中，只需要增加基站的天线数目，就能够增加系统容量，改造的过程十分便利；而且系统在应用的过程中成本比较低，输出功率却比较大，能够降低系统的运行成本。与原有的无线通信方式进行对比，MIMO的大规模技术具有传输容量较大、区域尺寸小以及传输速度更快的优势。这是由于，大规模技术针对利用通信频率的效率能够实现全面提高，并且确保覆盖于更广的移动通信范围。

结束语：

5G无线通信作为一种新的无线通信方法，是无线通信领域的重要发展目标和趋势。在对5G无线通信网络物理层关键技术进行探究的过程中，首先要对5G无线通信网络的概念、架构和特点进行了解的基础上，基于传统无线通信网络的现状，通过完善频谱资源和提高传输速度和降低延迟等方式，完善5G无线通信网络物理层的关键技术，在提高5G无线通信网络水平的基础上，促进5G无线通信网络的优化升级。

参考文献：

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[3]陈先.试论5G无线通信网络物理层关键技术[J].数字技术与应用,2020,38(01):15-16.