5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)綜述

朱筱蘭

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，這就需要更科學(xué)的管理方法，5G無線通信系統(tǒng)便是最好的選擇。5G無線通信系統(tǒng)既能使信息迅速傳播，又能對問題進(jìn)行系統(tǒng)分析。為了使5G無線通信系統(tǒng)更好地為公眾服務(wù)，需掌握關(guān)鍵技術(shù)。本文對5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析、闡述。

【關(guān)鍵詞】5G無線通信系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.01.030

由于個人通信領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，預(yù)計在未來5G通信成熟時，將會有數(shù)以千億的無線設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。5G帶給人們高質(zhì)量用戶體驗的同時，也面臨著一系列亟待解決的問題。隨著連接設(shè)備的不斷增加，頻譜短缺、能耗高、碳排放量增高等問題愈發(fā)嚴(yán)峻，與此同時人們對數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、連接可靠性等網(wǎng)絡(luò)性能的要求進(jìn)一步提高，這給傳統(tǒng)的能量受限的無線網(wǎng)絡(luò)帶來了新的挑戰(zhàn)。在增強(qiáng)移動寬帶、海量物聯(lián)網(wǎng)通信、超高可靠與低時延通信三大主要5G場景下，頻譜短缺，降低能耗、實現(xiàn)綠色通信，提升覆蓋范圍及覆蓋能力都是當(dāng)前無線通信所面臨的最亟待解決的問題。

1. 5G無線通信技術(shù)的含義

5G是具有高速率、低時延和大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動通信技術(shù)，是實現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。作為新一代移動通信技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、無線技術(shù)、應(yīng)用場景都有了巨大的改變，有大量技術(shù)被整合在其中，5G的關(guān)鍵技術(shù)包括：靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、超密集異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)、MassiveMIMO（大規(guī)模多輸入多輸出）、毫米波通信、SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）等。

2. 5G無線通信技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 多元化通信技術(shù)手段融合

5G無線通信系統(tǒng)集中了多種通信技術(shù)手段，有效地整合了通信技術(shù)，使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步深入，更有效地挖掘出高質(zhì)量的資源。5G無線通信系統(tǒng)采用小基站的方式來實現(xiàn)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)信息覆蓋，這使得5G在社區(qū)的普及和應(yīng)用更加方便。并根據(jù)小區(qū)和所用網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的實際情況，對空間位置進(jìn)行合理選擇，以此來提高網(wǎng)絡(luò)在區(qū)域內(nèi)的信息傳輸速度，形成集中式宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)模式，擴(kuò)大所存儲信息的容量，從而大大提高上網(wǎng)率。5G無線通信系統(tǒng)速度更快，給人們帶來更多的便利。

2.2 兼容性更好

該無線技術(shù)與之前的網(wǎng)絡(luò)通信無線技術(shù)比較更具網(wǎng)絡(luò)兼容性的兩大優(yōu)點(diǎn)：5G網(wǎng)絡(luò)通信無線技術(shù)應(yīng)用平臺不僅支持多種新型網(wǎng)絡(luò)無線通信應(yīng)用技術(shù)的融合使用，同時還使其能夠輕松實現(xiàn)無線接入網(wǎng)、LUETOOTH、WIFI等無線通信技術(shù)，實現(xiàn)無線服務(wù)網(wǎng)絡(luò)功能的極大拓展，不斷大大提升其網(wǎng)絡(luò)兼容性。特別是在需要進(jìn)行其他網(wǎng)絡(luò)平臺上的支付交易方面，5G幣的技術(shù)支持能夠讓您實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支付更加安全。

2.3 手機(jī)能耗問題得以有效解決

由于5G無線通信系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，使綠色通信技術(shù)得到了發(fā)展和完善，綠色通信技術(shù)具有巨大的發(fā)現(xiàn)空間，并能緩解高能耗的問題。當(dāng)然，綠色通信技術(shù)還有許多不足之處，有待研究人員進(jìn)一步解決。5G無線通信系統(tǒng)擁有更多的專業(yè)研發(fā)人員，這對5G無線通信系統(tǒng)的進(jìn)一步研究和開發(fā)是有利的。在實踐中，研發(fā)人員不斷創(chuàng)新，注重通信資源利用效率與資源消耗之間的平衡。5G無線通信系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景，其應(yīng)用的范圍和范圍更廣，可以實現(xiàn)最大容量的信息傳輸。研發(fā)人員是5G無線通信系統(tǒng)發(fā)展和完善的關(guān)鍵因素。為此，需要研究開發(fā)人員對5G無線通信系統(tǒng)的原理和技術(shù)脈絡(luò)有一個深刻的認(rèn)識，對5G無線通信系統(tǒng)進(jìn)行改革與創(chuàng)新，使5G無線通信系統(tǒng)升級發(fā)展，進(jìn)一步實現(xiàn)綠色通信的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，為通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)開辟新的發(fā)展模式。

2.4 5G技術(shù)具備極強(qiáng)的創(chuàng)新性

5G技術(shù)其最顯著的特點(diǎn)就是它具有超強(qiáng)的創(chuàng)新性能。該項技術(shù)采用了多載波分子操作方式，同時利用先進(jìn)的數(shù)字化平臺，突破了傳統(tǒng)的通訊條件限制，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)對于各項數(shù)據(jù)和編碼程序的有效識別能力，拓展了數(shù)據(jù)信息的輸送渠道，改善了網(wǎng)絡(luò)通訊的質(zhì)量。使室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接的效果得到了有效提升，改善了以往其他通訊技術(shù)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不夠通暢的缺陷，使用戶無論在室內(nèi)還是在室外，都能夠享受到良好的通訊質(zhì)量。

3. 5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)綜述

3.1 空口技術(shù)

CDMA作為當(dāng)前我國第三代移動通信的空口技術(shù)，隨著我國信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸連接到第五代的數(shù)字空口移動通信技術(shù)時，其技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展也會逐漸變得更加繁榮。但隨著技術(shù)的進(jìn)步和信息技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前我國信息技術(shù)應(yīng)用對于在數(shù)字空口移動通信通訊技術(shù)，以及技術(shù)應(yīng)用成果和應(yīng)用條件的要求也更加靈活和多變，因此為了提高數(shù)字空口移動通信通訊技術(shù)的應(yīng)用效果和應(yīng)用質(zhì)量，實現(xiàn)對于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)復(fù)雜性與信息多樣性、自動化的應(yīng)變能力也就相對變得更加重要和關(guān)鍵。按照相關(guān)技術(shù)的規(guī)定和規(guī)范，高速網(wǎng)絡(luò)傳輸空口技術(shù)核定應(yīng)用，必須同時具備能夠滿足超高清視頻網(wǎng)絡(luò)，以及相關(guān)的視頻影音點(diǎn)播系統(tǒng)所要求的1G/s的網(wǎng)絡(luò)高速傳輸帶寬要求。除此之外，無人駕駛電動汽車系統(tǒng)更是要求網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t水平必須小于1毫秒每分鐘，每平方公里內(nèi)能夠使用的物聯(lián)網(wǎng)以及智能網(wǎng)絡(luò)傳感器，必須能夠滿足幾十萬的高速網(wǎng)絡(luò)連接用戶數(shù)的多層次復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)工作。

3.2 新型多天線傳輸技術(shù)

在5G無線通信技術(shù)應(yīng)用中，新型多天線技術(shù)應(yīng)用居多，在該技術(shù)下，可以在很大程度上使得頻譜資源最大化利用，進(jìn)而實現(xiàn)在無線通信技術(shù)應(yīng)用中，可以減少使用同一信息數(shù)據(jù)的頻譜資源。基于此種多天線傳輸技術(shù)下，能夠在傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)組建相應(yīng)的傳輸矩陣，主要目的就是為了防止傳輸進(jìn)行時，受到其他因素的干擾，進(jìn)而影響到傳輸質(zhì)量，通過新型多天線傳輸技術(shù)，能夠滿足傳輸邊緣用戶對高效無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求。此外，技術(shù)開發(fā)人員可以充分發(fā)揮該技術(shù)優(yōu)勢，有效、合理、科學(xué)的配置頻譜資源，全面考慮到用戶的實際需求差異性，掌握好空間分布情況，構(gòu)建出妥善規(guī)劃。總的來說，新型多天線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，真正意義上實現(xiàn)了“一對多”式服務(wù)模式，對5G無線通信技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展提供了重要支撐。

3.3 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是處理Internet訪問質(zhì)量的一種發(fā)起觀點(diǎn)。在通常的內(nèi)容傳輸方式中，內(nèi)容是從內(nèi)容提供商的服務(wù)器傳輸?shù)摹ｋS著Internet訪問的增加，服務(wù)器上的負(fù)載增加，Internet上的擁塞問題增加，網(wǎng)站的反應(yīng)速度明顯變慢。對于受影響緊張的網(wǎng)站，網(wǎng)站很難向用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。CDN利用網(wǎng)絡(luò)上的緩存服務(wù)器。經(jīng)過將這些緩存服務(wù)器散步在相對集中的地區(qū)和網(wǎng)絡(luò)，如網(wǎng)絡(luò)流量，每個節(jié)點(diǎn)的連接性，收費(fèi)狀態(tài)，到用戶的距離等綜合因素，將用戶請求定向到最接近服務(wù)節(jié)點(diǎn)。它為用戶提供附近所需的內(nèi)容，糾正網(wǎng)絡(luò)堵塞并縮短訪問您網(wǎng)站的用戶的響應(yīng)時間。在無線網(wǎng)絡(luò)中，諸如智能終端之類的應(yīng)用程序的普及正在推動對移動數(shù)據(jù)服務(wù)和內(nèi)容的需求。在無線網(wǎng)絡(luò)中使用CDN技術(shù)來加速網(wǎng)絡(luò)訪問是各種無線網(wǎng)絡(luò)的自然選擇，并且是5G系統(tǒng)的重要技術(shù)。

3.4 綠色通信技術(shù)

當(dāng)前通信技術(shù)在我國社會各領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛性的應(yīng)用，但是在應(yīng)用的過程中，超密集的站址及高功耗的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對能源的消耗問題尤為突出，隨著大眾對碳排放量飆升的密切關(guān)注，如果這一問題得不到有效地解決會對通信技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。從當(dāng)前工程施工來看，5G多天線、大帶寬等新功能、新技術(shù)的引入導(dǎo)致功耗相比4G提升了2～3倍，但能夠提供的數(shù)據(jù)流量相比4G有百倍的提升。單以AAU（有源天線單元）測算，5G能效相比4G提升30～60倍，距離ITU（國際電信聯(lián)盟）100倍的要求還存在差距。因此，在通信系統(tǒng)發(fā)展及技術(shù)演進(jìn)中需要對能耗問題進(jìn)行更多的關(guān)注，要將各種合理化措施應(yīng)用于通信系統(tǒng)能耗降低環(huán)節(jié)中，對能源消耗參數(shù)進(jìn)行有效的分析以實現(xiàn)能耗有效的降低，進(jìn)一步實現(xiàn)降本增效的目的，進(jìn)而推動通信系統(tǒng)能夠可持續(xù)且快速的發(fā)展。

3.5 異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)

隨著人們對網(wǎng)絡(luò)的要求日益增高，最基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已經(jīng)無法滿足人們的需求。高新技術(shù)平臺上的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新非?？欤軌蜃畲笙薅鹊乩糜嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，這有利于在通信技術(shù)指導(dǎo)下形成多樣化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。提高信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就必須不斷提高數(shù)據(jù)信息的相互傳遞能力，依靠傳統(tǒng)的通信技術(shù)大幅度提高傳輸效率，保證網(wǎng)絡(luò)信息的穩(wěn)定。對于異構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可采用局部資源分配法和全局資源分配法兩種資源分配方法。局域網(wǎng)資源分配是對基站資源的重復(fù)選擇，而全局資源分配是對資源的聯(lián)合選擇。然而，由于在不同的場景下用戶可能會相互協(xié)作或競爭網(wǎng)絡(luò)資源，所以這兩種資源分配方式目前仍存在爭議。要解決這類爭議，可以用博弈論的方法。這一理論可以用數(shù)學(xué)方法來計算，最后得到一個最優(yōu)解，找到這個最優(yōu)解就能找到這個均衡點(diǎn)。利用博弈論，還可以進(jìn)行后續(xù)的無線電通信研究，為改進(jìn)和構(gòu)建下一代異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)提供新的方向。

3.6 高頻傳輸技術(shù)

高頻傳輸?shù)闹攸c(diǎn)就是增加頻段數(shù)量，實現(xiàn)多頻段傳輸，以此提高傳輸效率。而在5G無線通信技術(shù)中，具有非常多的頻段支撐數(shù)據(jù)傳輸需求，而這也意味著需要相關(guān)技術(shù)人員，使用更高的技術(shù)將射頻器件的工作頻段調(diào)整到與之符合的頻段，由于現(xiàn)階段通信技術(shù)多元化發(fā)展，因此，若匹配低頻段頻譜為5G無線通信技術(shù)應(yīng)用，確實存在一定困難。為解決此問題，需要引入高頻傳輸技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到5G無線通信技術(shù)頻段使用需求，改變以往擁擠低頻段頻譜傳輸問題，進(jìn)而有效提升數(shù)據(jù)傳輸效率。需要注意的是，在這一過程中，應(yīng)當(dāng)考慮到空氣中的介質(zhì)是否會干擾、影響信號質(zhì)量這一問題，如果存在則需要解決，進(jìn)而推動高頻段傳輸發(fā)展。此外，應(yīng)用高頻傳輸通信技術(shù)，會消耗大量的能量，針對此，可以通過直徑傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行調(diào)節(jié)。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研究人員，有必要進(jìn)一步探索最佳的傳輸方式，打破現(xiàn)存限制。

4. 結(jié)束語

隨著科技水平的發(fā)展，人們的生活和工作越來越離不開通信技術(shù)，為了更好地提高工作效率和生活水平，5G時代的到來是未來發(fā)展的趨勢，同時人們也逐漸認(rèn)識到5G網(wǎng)絡(luò)所帶來的技術(shù)優(yōu)越性，增強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)和新型傳輸信號，可以為今后5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展提供明確的方向。

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