5G無線通信網絡及關鍵技術研究

金擁政

【摘要】? ? 本文針對5G無線通信網絡及關鍵技術，采用理論結合實踐的方法，先分析了5G網絡的內涵及特點，接著探討了5G的無線通信關鍵技術，最后論述了5G通信網絡建設的關鍵技術。分析結果表明，5G無線通信網絡是新時代發(fā)展的新技術，和4G相比，5G無線通信網絡在傳輸速度、傳輸容量、延遲等方面具有非常顯著的優(yōu)勢。在醫(yī)學、航空、工業(yè)生產、智慧城市建設等方面具有非常良好的應用。

【關鍵詞】? ? 5G? ? 無線通信? ? 異構? ? 空口技術

引言：

在4G無線通信網絡進入商用階段之后，5G無線通信網絡成為全球研究的熱點話題，在2016年6月ITU確定了5G無線通信網絡的時間表、名稱、愿景。5G無線通信網絡技術的應用場景有三個，包括：eMBB、mMTC、uMTC。和4G無線通信網絡相比，5G無線通信網絡更加完善，運行起來更加穩(wěn)定，傳輸速度更快，在一些方面優(yōu)勢和應用效果，甚至超過通信網絡，在未來具有良好的發(fā)展?jié)摿?。基于此，開展5G無線通信網絡及關鍵技術是分析研究就顯得尤為必要。

一、5G網絡的內涵及特點

5G無線通信網絡的全稱是第五代移動通信網絡技術，是一種全新的網絡技術，不同國家對其定義不同，發(fā)展至今，也沒有明確的定義。國際上普遍認為，5G無線通信網絡是現有4G無線通信網絡的延伸，其通信速度遠遠大于4G無線通信網絡，網速可達到4G無線通信網絡難以企及的10Gb/s，雖然5G無線通信網絡依然是全球范圍研究的熱門話題，但就目前5G無線通信網絡的發(fā)展現狀來看，在短期內無法實現大面積普及。和4G無線通信網絡相比，5G無線通信網絡具有明顯的特點，主要體現在以下幾個方面：

一是具有很高的傳輸速率，5G無線通信網絡全球范圍內近年來才興起第一種高端技術，通過多年的技術完善和創(chuàng)新，其傳輸速率越來越高，每秒的傳輸速率達到幾十Gb，這是4G無線通信網絡難以比擬的。

二是具有很強的兼容性。5G無線通信網絡中融入了很多先進的無線技術和高精尖技術，是一種綜合性非常強的新興技術。可兼容很多技術和設備，這也是很多專家和學者非常看好5G無線通信網絡，并全身心的投入到5G無線通信網絡研發(fā)中的關鍵。

三是具有更低的功耗比，在應用5G無線通信網絡時，需要多個小任務的共同支持，其中電子郵件程序就是重中之重，為全面提升電子郵件更新的及時性，會向服務器持續(xù)不斷的發(fā)送請求，而且可對運行中浪費的電量進行自動審核，阻止那些無應用程序繼續(xù)運行，從而降低電量的損耗速度，延長電池的使用壽命。

二、5G的無線通信關鍵技術

5G無線通信網絡是目前最具發(fā)展前景的技術，在很多方面，很多領域都可以得到良好的應用，就目前5G無線通信網絡發(fā)展現狀和未來的發(fā)展趨勢而言，5G無線通信網絡的關鍵技術主要包括以下幾種：

2.1異構無線通信技術

5G無線通信網絡據在應用中，僅憑單一的數據、語言短信等簡單的業(yè)務已無法有效滿足實際需求，需要很多種高新技術、高新設備的聯合應用，相互融合，才能滿足5G無線通信網絡持續(xù)、安全、穩(wěn)定、可靠的運行[1]。早期網絡技術已經難以滿足5G無線通信網絡的發(fā)現需求。需要立足大數據挖掘技術，充分挖掘出計算機網絡技術的優(yōu)勢和數據庫中存儲的海量數據，為5G無線通信網絡持續(xù)穩(wěn)定的運行提供服務和技術支持。這是因為在5G無線通信網絡同時包含了多個多元化的網絡節(jié)點，需要信號全覆蓋的支持。這就需要用到異構無線通信技術，可采用小區(qū)部署和D2D相互聯合的通信方式，提升5G無線通信網絡的應用范圍。比如：小區(qū)部署通信方式指的是在小區(qū)中設置一個高質量的5G無線通信網絡基站，來提升5G無線通信網絡的容量和傳輸速度，多個小區(qū)部署相互聯合，就能建立起一個宏蜂窩網絡。而D2D通信方式則為更好的滿足局部地區(qū)對數據的需求，而建立起來的數據通信方式，以保證數據和信息能夠實現實時傳遞。小區(qū)部署和D2D相互結合的通信方式，可大幅度提升5G無線通信網絡應用的靈活性和傳輸速率。

2.2空口技術

空口技術也是保證5G無線通信網絡穩(wěn)定、持續(xù)、安全運行的關鍵技術，是區(qū)別于4G無線通信網絡的主要技術。在4G無線通信網絡中采用的是OFDM空口技術，但此種空口技術難以滿足5G無線通信網絡運行靈活性強、傳輸速度高的要求。要想發(fā)揮出5G無線通信網絡的優(yōu)勢和作用，需要空口技術至少要支持1G/s寬帶傳輸要求，無論是OFDM空口技術，還是CDMA空口技術都無法滿足5G無線通信網絡運行傳輸速率要求，如果堅持使用，必然會影響網絡資源下載速度，影響用戶使用5G無線通信網絡的體驗效果[2]。而且空口技術需要通過物聯網傳感器才能實現，需要二者能夠充分協調，密切配合，形成一個穩(wěn)定的通信網絡系統(tǒng)，才能發(fā)揮出5G無線通信網絡技術應用的價值和功能。目前在5G無線通信網絡中應用比較多的動態(tài)空口技術為F-OFDM聯合SCMA技術。

2.3云計算技術

云計算技術也是5G無線通信網絡運行的關鍵技術，其主要的內容是通過計算機網絡“云”將龐大的數據細分為多個小程序，提升數據檢索和使用的速度，再通過多部服務器組成的系統(tǒng)進行分析處理，處理的結果及時反饋給用戶，是分布式計算、效用計算、并行計算等先進計算技術聯合的產物[3]。但就目前云計算技術在5G無線通信網絡中的應用效果來看，經常發(fā)生延時性和不穩(wěn)定性問題，其應用效果還有待進一步完善。隨著5G無線通信網絡的逐步推廣，數據會呈現井噴式增長，傳統(tǒng)數據處理技術是難以滿足數據高效處理需求的。為保證5G無線通信網絡運行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，對終端設備的計算服務以及通信服務就提出了更高的要求和標準。所以在5G無線通信網絡中應用云計算技術時，需要以提升終端設備的計算能力為標準，以便更好的提升數據傳輸速度。

2.4全雙工技術

全雙工技術也是5G無線通信網絡應用的關鍵技術之一，指的是通信允許數據能夠在兩個方向上同時傳輸，可看成是兩個單工通信方式的有效結合，可同時進行信號上雙向傳輸，比如：A向B傳輸的同時，B也向A傳輸，是一種瞬時同步的四線制數據傳輸方式，具有同頻、同時、雙向傳輸。將此項技術應用到5G無線通信網絡中，可大幅度提升5G無線通信網絡頻譜的利用率。同時豐富5G無線通信網絡中的頻譜資源[4]。但由于全雙工技術是一種比較先進的技術，就目前發(fā)展現狀而言，其應用還不夠理想，依然存在一些問題亟待解決，比如：在應用全雙工技術時，信號的接收和發(fā)送存在較大的差異;容易受到自然界干擾的影響。為避免發(fā)生這兩個問題，提升5G無線通信網絡運行的穩(wěn)定性，可采用全雙工技術、MIMO技術和其他組網技術聯合使用的方法，這三種技術相互融合，才能彌補缺點，充分發(fā)揮出全雙工技術的優(yōu)勢和作用。

三、5G通信網絡建設的關鍵技術

3.1上下行解耦

5G無線通信網絡建設是一項非常復雜的工作，涉及到很多方面的內容，任何一個細節(jié)控制不當，都會影響5G無線通信網絡的應用效果，需要嚴格把控各項關鍵技術的應用要點，才能提升5G無線通信網絡建設的質量。上下行解耦就是建設5G無線通信網絡的關鍵技術之一。3.5GHz是目前5G無線通信網絡室外使用的主頻率，終端在運行中受到發(fā)射功率、天線數目等因素的限制，幾乎無法達到下行同等覆蓋的運行效果。這就表示3.5GHz并非是上行覆蓋頻率的最佳選擇，可考慮使用1.8GHz或者是2.5GHz等已有的頻段[5]。比如：1.8GHz頻率和3.5GHz頻率相比，可得到10Gb左右的增加，比較接近下行覆蓋水平，可作為5G無線通信網絡建設的首選室外使用頻率。

3.2引入宏小區(qū)微小區(qū)雙連接

5G無線通信網絡結構的復雜程度，遠遠大于4G無線通信網絡結構的復雜程度，因此，在5G無線通信網絡建設中，不能向4G網絡一樣，建立大量小微基站，否則會大幅度提升建設成本和后期維護成本。5G無線通信網絡可看做是一張多層異構網絡，在運行中，其覆蓋層主要由宏基站組成，再通過小微基站負責容量層。為提升5G無線通信網絡建設質量，控制選擇宏小區(qū)、微小區(qū)雙連接的形式。比如：頂層建立宏小區(qū)，作為覆蓋小區(qū)。然后在覆蓋小區(qū)內部建立微小區(qū)，作為容量小區(qū)，同時允許終端駐留在覆蓋小區(qū)和容量小區(qū)之上。其中覆蓋小區(qū)的主要工作是負責用戶控制面數據、移動性管理、高時延要求類業(yè)務等方面的資源和數據管理[6]。而容量小區(qū)則主要負責用戶數據面的需求，承載高速率、低時延等任務。在此種連接方式下，用戶在小區(qū)內部移動時，只會涉及到小區(qū)內數據面的遷移，而且不涉及到小區(qū)的切換，可大幅度減少由于頻繁切換影響5G無線通信網絡用戶的體驗感。

3.3低頻資源重耕

低頻資源重耕也是5G無線通信網絡建設中的關鍵技術之一，按照中國移動未來的發(fā)展規(guī)劃要求，900M低頻資源可翻頻5～15M，而1800M則可以實現全部翻頻，2G網絡和3G網絡全部退出歷史的舞臺。退網之后的資源將為5G無線通信網絡提供更加優(yōu)質低頻資源，通過對2G和3G網絡低頻資源的重耕，可有效緩解5G低頻資源需求的問題。

四、結束語

綜上所述，本文采用理論結合實踐的方法，研究了5G無線通信網絡及關鍵技術，分析結果表明，在信息化時代，哪個國家擁有更加先進的無線通信網絡，就能為國家發(fā)展、民族振興提供先進的網絡技術支持。

我國是5G無線通信網絡技術的研發(fā)國，利用好5G無線通信網絡技術，可促使我國社會經濟向前邁出一大步則，具有良好的發(fā)展前景。

參? 考? 文? 獻

[1]皮和平.5G無線通信技術的關鍵技術應用研究[J].通信電源技術， 2019，36（2）：215-216.

[2]張榮濤. 蜂窩結構和5G無線通信網絡關鍵技術研究[J].信息通信， 2020，206（2）：218-219.

[3]邱新平.面向5G無線通信系統(tǒng)的關鍵技術探討[J].中外企業(yè)家，2020，671（09）：149-149.

[4]朱明.蜂窩結構與5G無線通信網絡關鍵技術探討[J].數字通信世界， 2019， 000（002）：45，47.

[5]吳文波.基于5G網絡的無線通信資源分配技術探究[J].中國新通信， 2020，22（21）：113-114.

[6]任小強，敬嘉亮，余樹寶，等.5G無線網規(guī)劃部署的若干關鍵問題研究[J].電信工程技術與標準化，2019，264（08）：12-16.