5G關(guān)鍵技術(shù)探究

孫 盈

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

互聯(lián)網(wǎng)時代的飛速發(fā)展為無線通信系統(tǒng)的發(fā)展帶來了諸多機遇，其中，5G技術(shù)作為以4G技術(shù)為基礎(chǔ)衍生而來的新型無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，打破了傳統(tǒng)宏基站模式，進一步提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率，同時傳輸能耗也得到了有效降低。因此，為了能進一步推廣并優(yōu)化5G無線通信系統(tǒng)，則需加強對關(guān)鍵技術(shù)的研究。

1 5G概述

1.1 5G技術(shù)

5G技術(shù)指的是第五代移動通信技術(shù)，是在4G技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種更先進、更高效的通信技術(shù)。相比于前幾代無線通信系統(tǒng)，5G系統(tǒng)具有更高的傳輸速率、更低的延遲、更大的網(wǎng)絡(luò)容量和更高的可靠性，為人們提供了更廣闊的通信應(yīng)用場景和更優(yōu)質(zhì)的通信體驗。在實際應(yīng)用的過程中，5G系統(tǒng)采用更高頻段的頻譜資源，比如，毫米波頻段能夠支持更大的帶寬，從而實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，用戶的體驗感也有大幅提升。而且，整個5G系統(tǒng)采用更加高級的加密技術(shù)來保護用戶的通信安全，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為用戶帶來更加安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境[1]。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，5G的發(fā)展正處于快速推進與逐漸普及階段，我國基本完成了5G基礎(chǔ)設(shè)施的部署，而且運營商也已經(jīng)提供5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以確保能夠為用戶提供更快速、更穩(wěn)定的移動通信服務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)的擴大覆蓋，越來越多的手機制造商推出了支持5G技術(shù)的手機產(chǎn)品，新興手機產(chǎn)品具有更強大的處理能力和更高的傳輸速率，確保用戶能夠享受到更快速、更豐富的移動信息服務(wù)。不過目前5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展依然面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如，頻譜資源的分配與管理、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資、網(wǎng)絡(luò)安全、商業(yè)模式和盈利模式等方面依然需要得到進一步完善。

1.3 5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)包括核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)兩個主要部分。核心網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)架構(gòu)之一，主要采用分布式架構(gòu)，并引入云計算和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)虛擬化等技術(shù)，負責(zé)管理和控制整個5G網(wǎng)絡(luò)的運營，由用戶面和控制面等多個功能區(qū)域組成；無線接入網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)中連接用戶設(shè)備和核心網(wǎng)的關(guān)鍵，主要包括基站和前端設(shè)備，負責(zé)無線信號的傳輸和接收，無線接入網(wǎng)絡(luò)采用了更先進的波束賦形、大規(guī)模多輸入多輸出等無線技術(shù)和架構(gòu)。

2 5G關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)作為5G網(wǎng)絡(luò)中非常重要的組成部分，能夠有效提高系統(tǒng)容量、增強信號覆蓋和提升用戶體驗。在實際應(yīng)用當(dāng)中，該技術(shù)利用大量的天線陣列，保障基站可以同時與多個用戶進行通信。相比于傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)，大規(guī)模MIMO可以支持更多的并行數(shù)據(jù)流，讓5G網(wǎng)絡(luò)的容量得到進一步提升，而且可以通過擴展基站天線提高頻譜利用率，以便為更多用戶提供高質(zhì)量通信信號。該技術(shù)還可以顯著改善信號覆蓋，由于天線數(shù)量的增加，能夠提供更強的信號強度和更好的抗干擾性，以確?？梢越鉀Q城市和室內(nèi)環(huán)境中的信號衰減和多徑效應(yīng)問題，而且還能通過波束賦形技術(shù)將信號聚焦在用戶位置，從而進一步提升覆蓋范圍和信號質(zhì)量。除此之外，該技術(shù)在提高用戶體驗方面也有著重要的作用，其能夠通過使用多個天線接收用戶設(shè)備的信號實現(xiàn)更可靠穩(wěn)定的通信連接，用戶可以在高速移動或密集用戶區(qū)域保持較快的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲，而且空間復(fù)用技術(shù)也能為每個用戶提供更大的帶寬，以確保用戶即便是在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下也不會影響到用戶的通信質(zhì)量[2]。

2.2 雙公開技術(shù)

雙公開技術(shù)在提高5G用戶的體驗和網(wǎng)絡(luò)性能方面也有著非常重要的作用。該技術(shù)能夠通過基站之間的協(xié)同工作，將用戶設(shè)備同時連接到兩個不同的基站或者頻段。兩個基站分別為主基站和輔助基站，其中主基站主要負責(zé)控制信令的傳輸，而輔助基站則提供額外的容量和覆蓋范圍。

在雙公開技術(shù)的幫助下，用戶設(shè)備可以通過主基站與核心網(wǎng)絡(luò)建立穩(wěn)定的連接，同時通過輔助基站獲取額外資源，以確保用戶的下載和上傳速率的提升。而且該技術(shù)還可以提高網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍，用戶設(shè)備能夠通過與輔助基站連接獲得頻譜和天線資源，使其可用帶寬和信號強度也能夠得到顯著提升，以獲得更加穩(wěn)定和高質(zhì)量的通信服務(wù)。同時該技術(shù)還帶來了更好的移動性管理和切換性能，主基站和輔助基站的切換能夠保障用戶設(shè)備連接5G網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，避免用戶在移動中發(fā)生通話中斷或數(shù)據(jù)丟失等情況。

2.3 綠色通信技術(shù)

綠色通信技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中能夠起到減少能源消耗和碳排放的作用，該技術(shù)可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的能源利用效率來實現(xiàn)能源節(jié)約。在5G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用綠色通信技術(shù)，可以通過智能功率管理、動態(tài)睡眠和喚醒機制等方法，確?；竞徒K端設(shè)備在低負荷和空閑時自動降低功率消耗以減少資源浪費。該技術(shù)能夠通過優(yōu)化傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)壓縮和智能路由等措施提高數(shù)據(jù)傳輸效率，從而減少傳輸過程中的能源消耗和碳排放，而且還能利用低功耗、高效能的設(shè)備和組件降低5G網(wǎng)絡(luò)對能耗的需求。另外，該技術(shù)能夠有效滿足云網(wǎng)絡(luò)資源的靈活配置和共享需求，進而提升網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)性和資源利用率。

2.4 云計算技術(shù)

云計算技術(shù)目前在5G網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其提供更強大、靈活和高效的計算和存儲資源，以便于擴展5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景。在實際應(yīng)用的過程中，通過云計算平臺的幫助，5G網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)需求動態(tài)分配計算資源以提高數(shù)據(jù)處理的整體性能，進而滿足虛擬現(xiàn)實、人工智能等先進技術(shù)的應(yīng)用。同時，還能通過海量云存儲、大規(guī)模數(shù)據(jù)與備份，來滿足海量數(shù)據(jù)傳輸和存儲需求。該技術(shù)還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化和軟件定義，并且提供靈活的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)可以通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等技術(shù)，將傳統(tǒng)的硬件設(shè)備轉(zhuǎn)化為虛擬的軟件實體，以便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的按需部署、靈活配置和遠程管理，這對于提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可定制性有非常重要的幫助。

2.5 異構(gòu)無線通信技術(shù)

異構(gòu)無線通信技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用同樣非常重要，該技術(shù)能夠?qū)TE、Wi-Fi、藍牙等不同類型和不同頻譜的無線技術(shù)結(jié)合起來，以實現(xiàn)更高的容量、更廣的覆蓋范圍和更好的信號傳輸性能。5G網(wǎng)絡(luò)可以通過異構(gòu)無線通信技術(shù)為用戶提供更快速、更可靠和更穩(wěn)定的無線連接，滿足不同用戶和應(yīng)用場景的需求。

2.6 毫米波高頻段通信技術(shù)

毫米波主要是指頻率為30～300 GHz的電磁波，相比傳統(tǒng)的低頻段，毫米波具有更大的帶寬和更高的傳輸速率。在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于毫米波頻段擁有更大的帶寬資源，因此其可以支持的傳輸速率也相對更高，能為用戶提供更大的信息傳輸帶寬和更低的延遲，這也是5G網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快且損失小的重要原因[3]。

2.7 新多址技術(shù)

新多址技術(shù)主要是指通過在同一頻率資源上同時傳輸多個用戶的數(shù)據(jù)來提高網(wǎng)絡(luò)的容量和效率。在實際應(yīng)用中，新多址技術(shù)除了能夠提高5G網(wǎng)絡(luò)的容量和傳輸效率外，還能夠支持更多種類的連接，如物聯(lián)網(wǎng)、H2M、M2M等，以滿足各類網(wǎng)絡(luò)連接對延遲和連接規(guī)模需求較高的特點。

3 結(jié)束語

總的來說，在關(guān)鍵技術(shù)的加持下，5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率和通信覆蓋范圍以及抗干擾能力都有著顯著的提升。而想要進一步加強對5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，在技術(shù)研究的過程中一定要進一步發(fā)揮關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢，為5G的穩(wěn)定長效發(fā)展打好堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。