5G無線網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)探析

中郵通建設(shè)咨詢有限公司 潘乙林

近年來，信息網(wǎng)絡(luò)科技技術(shù)的發(fā)展十分迅速，無線通訊網(wǎng)絡(luò)在人們的生活和工作中具有著重要的作用，隨著不斷的發(fā)展，人們對信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的要求也是越來越高，這也就要求繼續(xù)進行高數(shù)據(jù)率以及新型無線技術(shù)的開發(fā)和探索，因此，就推動了5G無線網(wǎng)絡(luò)的研究，下面，本文就針對5G無線網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)進行分析，來對其進行深入的了解。

前言：在現(xiàn)階段，人們對移動通訊設(shè)備的使用十分廣泛，而移動通訊設(shè)備的使用離不開無線網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過長期的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)也從2G系統(tǒng)逐漸的發(fā)展到了4G系統(tǒng)，這也有效的提高了人們對網(wǎng)絡(luò)的使用水平，對人們的生活方式也產(chǎn)生了巨大的影響。新時期環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計師也是對5G無線網(wǎng)絡(luò)也是進行了不斷的研究，而5G無線網(wǎng)絡(luò)如何進行實現(xiàn)，其物理層關(guān)鍵技術(shù)有哪些，就是本文主要研究的內(nèi)容。

1 5G無線網(wǎng)絡(luò)概述

5G無線網(wǎng)絡(luò)是一種蜂窩結(jié)構(gòu)，一般無線用戶大多數(shù)時間在室內(nèi)使用，而室外的利用時間一般僅僅占據(jù)了1/5的時間，所以小區(qū)的結(jié)構(gòu)會對室外的基站造成一定的影響，由于建筑物墻體結(jié)構(gòu)對無線網(wǎng)絡(luò)信號產(chǎn)生損耗，降低其數(shù)據(jù)的傳輸率與頻譜效率，則5G無線網(wǎng)絡(luò)就能夠有效的解決此問題。5G無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能夠具有超高的速率和可靠性，同時延時指標(biāo)也十分低，從而能夠提供用戶最佳的用網(wǎng)體驗。5G無線網(wǎng)絡(luò)部署具有著諸多的特性，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比較靈活，還有多種接口支持不同的面向業(yè)務(wù)接入，同時其在鏈路的性能上，也能借助多跳方式完成網(wǎng)絡(luò)的覆蓋以及基站Mac層與用戶之間的直通，另外，其網(wǎng)絡(luò)還能夠按照環(huán)境與業(yè)務(wù)的需求進行組織和配置，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化和智能化。5G無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)的融合，涉及傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)等，同時還對匹配大規(guī)模的多天線的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器進行了增加，比如，可見光的通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的直連通信，這些網(wǎng)絡(luò)都能夠通過統(tǒng)一核心網(wǎng)絡(luò)管控，將各網(wǎng)絡(luò)進行直接的信息交互，并實現(xiàn)了多場景通信管理和控制，如圖1所示。

圖1中的5G無線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)主要分為轉(zhuǎn)發(fā)平面、控制平面、以及接入平面等3方面，其中控制平面主要進行無線資源的集中控制與集中調(diào)度；接入平面主要是進行多種無線的設(shè)備與基站間快速靈活的接入；轉(zhuǎn)發(fā)平面主要是通過分布式的網(wǎng)關(guān)與控制平面統(tǒng)一的控制下進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2 5G無線網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)

2.1 毫米波通信技術(shù)

頻譜資源利用是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容，現(xiàn)階段進行的頻譜資源利用集中于300MHz-3GHz的頻段，而對毫米波利用是十分有限的，其毫米波內(nèi)也是含有大量頻譜的資源，而5G無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)就對毫米波內(nèi)頻段資源進行了利用，也是其技術(shù)研究中的重點內(nèi)容，毫米波研究的內(nèi)容主要有路徑的損耗、在建筑物中的穿透損耗與雨衰等內(nèi)容。路徑損耗主要的原因是由于發(fā)射功率敷設(shè)的擴散與通信通道對傳輸產(chǎn)生影響的作用，這些也是其無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究中必須面對的問題，而一旦遇到噪音、干擾和其它信號影響勢必會導(dǎo)致一定損耗現(xiàn)象出現(xiàn)，另外，其信號自身也可能存在一定程度損耗，通過相關(guān)研究顯示，信號的頻率越高其損耗也就越嚴(yán)重，則和其它波段相比，這種毫米波損耗的情況也是更為嚴(yán)重，同時其也是毫米波的研究中的難題，通過研究，通過在高頻段使用一些大規(guī)模接受發(fā)射的天線，就能夠?qū)崿F(xiàn)能量的一定程度聚集，從而對毫米波的過大損耗進行改善，獲得一定增益效果。

穿透建筑物的損耗主要是指信號在通過相應(yīng)的建筑物中，會出現(xiàn)一定損耗，此損耗還和頻率有很大關(guān)系，一般低頻段信號在通過建筑物中，其信號的強度保留則比較好，則毫米波的建筑物穿透損耗就相對比較大，進而在借助毫米波實施信號的傳輸中，就可能因為信號的損耗過大而造成失真，面對這種情況現(xiàn)階段的處理方式是在室內(nèi)相應(yīng)范圍內(nèi)借助WIFI來進行信號強度的增加，提高信號的質(zhì)量。毫米波也具有著傳播的特性，雨衰就是其一重要的因素，雨衰會對無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳播的路徑長度造成影響，導(dǎo)致信號可靠性的下降，因此會對其高頻段微波的鏈路發(fā)生限制，并且雨量增加也會對毫米波的系統(tǒng)產(chǎn)生更加明顯的干擾作用，甚至雨滴還會導(dǎo)致信號出現(xiàn)散射，造成信號質(zhì)量的嚴(yán)重降低。

圖1 5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO主要使用多天線的技術(shù)，這種大規(guī)模的天線陣列能夠通過天線具有的空分特性，將相同時頻的資源向若干用戶同時服務(wù)，還能夠增加頻譜效率的有效性和傳輸可靠性，其空分特定有著高分辨率空間的自由度，多天線的技術(shù)波束在成型時能夠?qū)⒉ㄊ拗朴诤苄》秶?，所以能夠起到降低干擾和降低發(fā)射功率的效果，由于多天線的技術(shù)具有很高空間的自由度，則其信道反應(yīng)也就十分精準(zhǔn)，能夠有效降低隨機突發(fā)的情況對信道性能產(chǎn)生影響，因為多天線其占用的空間比較大，復(fù)雜的程度也比較高，基站一般使用4天線的技術(shù)進行實現(xiàn)。

圖2 大規(guī)模MIMO基本模型

大規(guī)模的MIMO技術(shù)具備著諸多的優(yōu)勢，而研究的過程中也存在一定問題，天線的數(shù)量不斷增加中，為了保證基站能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的信號接受，這對信道的狀態(tài)以及信息獲取勢必會產(chǎn)生巨大的考驗。面對這樣的情況，一般使用時分雙工的方式，來把上行信道與下行信道產(chǎn)生的信息交互和接受，其和頻分雙工不同，其能夠有效降低信道開銷，使基站中的天線數(shù)量沒有受到限制，但此方式于高速的移動環(huán)境中并不能保證信號質(zhì)量，另外，大規(guī)模的MIMO技術(shù)也會用到大量基站天線的設(shè)備，因此這對系統(tǒng)設(shè)備的處理能力與布局、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等工作都會增加難度，如果對天線的形態(tài)進行不斷的調(diào)整，能夠有效對工程難度進行降低，其也是此項技術(shù)開發(fā)和發(fā)展中的重要方向。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著時代的發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)也需要根據(jù)時代發(fā)展的步伐不斷進行改進，5G無線通信網(wǎng)絡(luò)就是一種新型的網(wǎng)絡(luò)通信研究類型，為了促進其能夠更好的實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)性能的提升，還需要相關(guān)人員不斷對其技術(shù)進行研究，其未來也將對社會到來新的面貌。