5G无线通信网络物理层关键技术探析

5G无线通信网络物理层关键技术探析

作者：徐伟

来源：《科学与信息化》2018年第23期

摘 要 随着社会经济的发展进步，人们的生活方式不断发生变化，各个领域的便捷性越来越高。当前4G通信技术发展已经相对较为成熟，应用范围不断扩大，在未来，数据通信逐渐替代语音通信，在通信行业的价值越发重要。在这种情况下，5G移动通信网络技术逐渐发展成为当前世界范围内移动网络研究的热点，加大在5G移动通信技术方面的研究力度，掌握5G移动通信网络关键技术，不仅可以帮助企业在市场竞争中占据更多的优势，同时还能很大程度上提高国家综合国力，本文就此进行了研究分析。 关键词 系统架构；关键技术；5G；大规模MIMO 前言

5G无线通信技术的快速发展不仅能满足人们更高质量的通信技术要求，而且还能进一步加强物联网的建设，实现全球共享。与之前的通信技术相比较来说，5G无线通信技术不仅仅是一次技术升级、速度升级，更是一次全面的网络架构升级。通过5G无线通信技术的快速发展还能够有效的为用户提供更加快速、更加稳定的网络服务，人们也不会再纠结WIFI信号，而是统一的实现无线数据传输，实现各个区域的无缝衔接。 1 5G无线蜂窝结构

1.1 高频数据流量、提供更好的用户体验

在日常生活中，人们在使用无线通信网络时，一般都是待在室内环境中，而不是在室外。不管是在室内还是室外，目前为止传统的居住环境常常会在室外设立用以通信的基站。5G蜂窝结构在4G的网络基础上，面向流量庞大且覆盖密集的区域进行网络的建构，通过基站传输进行数据的传输，使得传输的速度更快、传输流量频率更高。5G蜂窝结构站在用户的立场上进行思考，满足了用户对数据流量传递速度的要求，提供了高品质的用户体验[1]。 1.2 海量终端技术

随着时间的延长，5G网络对容量的要求也会不断升高。为了满足高频数据流量在连接上的大量需求，可以通过终端组网技术的使用，能够大大降低基点的负担。这一革新的目的，不仅是为了减少在数据从室外基站传向室内的过程中造成的损失情况的出现，增大效率，也能保证5G蜂窝结构能够提供分层级的差异化服务，从而保证业务的相互独立。

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1.3 超短时延

信号传输想要达到高效，就一定要注意传输过程的时间消耗。5G蜂窝结构为5G网络在硬件上提供了更符合系统运作的技术手段，通过对物理层传输路线进行细致区分、调节输入端与输出端等方式，减少传输过程中出现的重复部分，节省更多的时间，也提升了传输的效率。 2 5G物理层关键技术

每一项关键技术的兴起将推动相关产业的快速发展。在通信领域，5G的发展需要物理层关键技术毫米通信技术和大规模技术的支持。 毫米波技术：

通信技术离不开频谱资源，尤其是300MHz～3GHz频段，商业性强，但3300 GHZ（毫米波）频段使用效果较差，因此，频段有效使用，可以弥补短缺的一方面，频谱资源的合理利用，不仅可以提高网络信息传播的效率，同时也能满足未来数据传输的大市场需求。 这部分是异构蜂窝结构的描述，只有在关键技术上提出有效的解决措施，并且加以实施，才能真正实现5G无线网络的实际应用。比如增加系统容量，使5G资源充分利用等。基于著名的香农理论，系统总容量的sumC可以近似表示：

其中，Bi是第i个信道带宽，Pi是第i个信道的信号功率，Np表示噪声功率。上式表明系统总容量sumC等价于子信道加异构网络容量。在异构网络的基础上全面铺开网络覆盖率以及子信道的整体数量：比如大规模MIMO，空间调制SM以及分布式天线系统等同时增加带宽和通信的功率，从而增加sumC，下面简单介绍了一些核心技术[2]。 3 多用户大规模MIMO技术

所谓大规模MIMO通信技术是指基站端的设置远大于当前系统中天线数，这样有效地服务更多的用户需求。而MIMO技术之所以受到重视，是因为其独特的特性，有如下几点：第一，随着用户的不断增加，天线数也随之增加，与此同时，每个移动用户的通讯会出现相交现象，而我们一般通过大规模的MIMO技术就可以有效的消除和避免用户之间的干扰，使整个移动网络的容量得到提升；第二，随着基站天线数量呈一定的增长趋势，可以使得更多的用户不会出现通讯中断和信号衰落，减少通讯过程中存在的缺陷和不足。 3.1 D2D技术

D2D为5G无线通信关键技术之一，可通过对蜂窝系统的补充，达到增长无线数据流量的目的。通过D2D技术的应用，可以对资源进行精简，并在无线通信数据传输过程中降低外界因素的干扰，维持在较高的传输速率状态下，从根本上来降低传输成本。另外，想要充分发挥

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出D2D技术优势，在实际应用中，需要重点针对无限资源管理与通信实时性保障问题进行分析，解决问题后，可以使其在5G无线通信网络中起到更大作用。 3.2 绿色化通信技术

二十一世纪，通信科技已经被我们应用在政治、经济、文化、社会、国防各领域，如何有效降低通信过程中高能耗的降低得到重视。绿色化通信，就是在通信过程中尽可能的节能减排和保护环境，构建一个高效低耗、低排无污、可回收的通信过程。5G无线网络提供的无限通信系统在设计方面，充分考虑到了其对能量的使用总量问题，对原材料的使用尽量选择绿色材料，并在实施过程中减少不必要的资源浪费，从而将5G无线网络通信系统列入绿色化通信的范围之内。无论是哪个运营商，都希望能够减少成本支出、提升收入和效益。越少的能源消耗，就意味着更少的浪费，就意味着更少的消耗，从而减少废物和废气的排放，延缓温室效应的出现[3]。 4 结束语

5G通信技术的发展，势必给通信行业带来新一代的革新。5G通信技术带来的不仅仅是高速、安全的网络，更多的是带来全球化网络的无缝连接。在5G通信技术发展的道路上，我国可以更好地引领世界经济共同发展，更好地同步信息，促进全球经济一体化。5G的未来对军事、医疗、建筑、教育等各个方面都会带来前所未有的信息便利，整个世界将建成更加智能、完善的移动网络。 参考文献

[1] 倪善金，赵军辉.5G无线通信网络物理层关键技术[J].电信科学，2015，31（12）：40-45.

[2] 刘涛.5G无线通信网络物理层关键技术[J].通讯世界，2017，（20）：47-48. [3] 刘云.5G无线通信网络物理层关键技术分析[J].通讯世界，2017，（9）：118-119.