淺談我國5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)

冷靜

摘要：經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展推進(jìn)了無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得信息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量越來越高，極大便利了人們的工作和生活。當(dāng)前我國5G通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)步伐也在逐步加快，計(jì)劃在2020年后進(jìn)行5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，5G通信網(wǎng)絡(luò)能夠使得信息傳輸進(jìn)一步加快，滿足更多用戶更高的通信要求，提升用戶體驗(yàn)，但是在建設(shè)過程中我們還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要突破，加強(qiáng)對(duì)毫米波通信、大規(guī)模MIMO技術(shù)等的研究探討，加速推動(dòng)我國5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)。隨著社會(huì)不斷地進(jìn)步和發(fā)展，我國正在努力研究5G無線通信技術(shù)，并計(jì)劃在最短的時(shí)間里這種無線通信技術(shù)能全面地普及。本文對(duì)5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，希望通過本文的分析能夠促進(jìn)我國通信技術(shù)的發(fā)展，并且為其提供一些寶貴的建議。

關(guān)鍵詞：5G無線通信;物理層技術(shù);分析

引言：

現(xiàn)代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用推進(jìn)了我國無線通信領(lǐng)域的繁榮發(fā)展，無線通信技術(shù)更新?lián)Q代速度越來越快，當(dāng)前4G無線通信已經(jīng)得到了廣泛的普及，有效提高了信息傳輸?shù)乃俣群托?，已成為我國?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新的推動(dòng)力。隨著人們對(duì)無線通信技術(shù)越來越高的要求，我國正加大投入研究5G通信技術(shù)，深入探究5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和應(yīng)用，現(xiàn)階段我國5G無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，物理層方面的技術(shù)難題還比較多，所以必須要著重加強(qiáng)對(duì)物理層關(guān)鍵技術(shù)的分析。

一、5G無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的意義

1. 提高頻譜資源利用率

從頻譜資源的利用中能夠看出，無線通信網(wǎng)絡(luò)中的頻譜資源過度的集中，這在不僅會(huì)影響信息傳遞的速率，還能對(duì)傳遞信息的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響。在4G無線通信網(wǎng)絡(luò)建立之后，為了提高傳遞信息的速度，不斷地增加頻譜資源的使用量。然而，在5G無線通信網(wǎng)絡(luò)中，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源進(jìn)行有效地利用。

2. 擴(kuò)展系統(tǒng)的容量

信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦卸紩?huì)面臨海量的信息資源，信息數(shù)量種類呈爆發(fā)式增長，而且隨著時(shí)間的不斷推移，信息資源數(shù)量會(huì)逐步劇增，這對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量提出了巨大的挑戰(zhàn)。5G無線通信網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)建之后，系統(tǒng)的容量會(huì)顯著增多，系統(tǒng)中能夠容納更多的數(shù)據(jù)和信息，這樣才能夠提高人們信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和質(zhì)量，對(duì)于信息傳輸速度的提升也有著積極的影響。

3. 優(yōu)化用戶體驗(yàn)

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，改變了人的生活方式，豐富了人們的日常。5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，給用戶提供了一個(gè)更加高效、流暢、便捷和穩(wěn)定的無線互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，不僅有效保證了技術(shù)的先先進(jìn)行，更加重視用戶隨時(shí)隨地體驗(yàn)。

二、5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)

5G無線通信網(wǎng)絡(luò)具有以下四個(gè)方面的特點(diǎn)：

（1）會(huì)使用更高的頻譜資源。在當(dāng)前4G頻譜資源的使用中，已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重短缺的現(xiàn)象，未來5G移動(dòng)通信能更好地解決這一問題，并對(duì)其進(jìn)行更好地使用。

（2）具有更大的系統(tǒng)容量。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的容量將會(huì)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大，預(yù)計(jì)在未來的幾年時(shí)間里，數(shù)據(jù)量會(huì)出現(xiàn)呈千倍增長的局勢，用戶所使用的計(jì)算機(jī)速率也需要極大程度上的提高，這就對(duì)5G無線通信網(wǎng)絡(luò)帶來了一定的挑戰(zhàn)，使其必須具有更大的系統(tǒng)容量。

（3）更加注重用戶的體驗(yàn)。用戶對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速率需求會(huì)持續(xù)不斷地增長，但當(dāng)其能夠滿足用戶處理相關(guān)數(shù)據(jù)的需要時(shí)，就會(huì)格外注重用戶的體驗(yàn)。在安全、穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，注重用戶的體驗(yàn)會(huì)成為5G無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向之一。

（4）較低的能量損耗。在我國，能量的損耗成為了急需解決的重要問題，它不僅對(duì)環(huán)境造成一定的影響，還會(huì)威脅著人類的發(fā)展。

為此，5G無線通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)向著綠色通信的方向發(fā)展，并且在此基礎(chǔ)上將能量的損耗降到最低

三、5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)

1. 毫米波通信技術(shù)

（1）路徑損耗

發(fā)射功率的敷設(shè)擴(kuò)散以及信道對(duì)傳輸?shù)挠绊懽饔檬菍?dǎo)致路徑損耗的主要原因。這也是無線通信技術(shù)中不可避免的問題，遇到干擾、噪聲以及其他信號(hào)的影響都會(huì)造成一定程度的損耗情況，除此之外，信號(hào)的自身情況也會(huì)造成一定的損耗。研究表明，頻率越高，損耗越嚴(yán)重，這就意味著相對(duì)于其他波段，毫米波的損耗情況更嚴(yán)重，這也是毫米波研究過程中的一個(gè)困難。在實(shí)際中，在高頻段通過使用大規(guī)模的接受發(fā)射天線，可以對(duì)能量進(jìn)行一定的聚集，獲得較好的增益情況，進(jìn)而改善毫米波損耗過大的情況。

（2）建筑物穿透損耗

任何的信號(hào)在發(fā)射的過程中，都會(huì)由于發(fā)射功率輻射擴(kuò)散和信道傳播特性，造成路徑損耗，該問題是無法徹底根除的，而且在傳輸?shù)倪^程中，還很容易受到其他因素的干擾，導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)二次損耗。但是經(jīng)過研究表明，在一定的傳播距離內(nèi)，頻率越高，損耗越大，所以毫米波通信技術(shù)在應(yīng)用的過程中，需要在高頻段應(yīng)用大規(guī)模接收發(fā)射天線，進(jìn)行波束成形，盡量進(jìn)行能量的集中，減少由輻射擴(kuò)散造成的損耗。信號(hào)在穿透建筑物的過程中，必然會(huì)受到損耗，而毫米波在穿透建筑物的過程中，損耗會(huì)更大，使得室內(nèi)的信號(hào)變?nèi)酰搯栴}是急需解決的重要問題。

（3）雨衰

對(duì)傳播特性的研究也是毫米波研究的重要內(nèi)容，其中雨衰作為一個(gè)重要因素不得不提。雨衰能夠?qū)o線系統(tǒng)的傳播路徑長度進(jìn)行影響，進(jìn)而使信號(hào)的可靠性下降，這樣就會(huì)對(duì)高頻段的微波鏈路造成一定的限制。隨著雨量的增大，對(duì)毫米波系統(tǒng)的干擾效果會(huì)越來越明顯。其中雨滴的作用還會(huì)使信號(hào)發(fā)生散射，使信號(hào)的質(zhì)量嚴(yán)重下降。

2. 大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO通信網(wǎng)是為進(jìn)一步增加頻譜利用率和系統(tǒng)的覆蓋率，并能提高單位比特能耗利用率。MIMO技術(shù)初期的發(fā)展以單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)為主，但隨著用戶對(duì)通信系統(tǒng)的通信容量需求的不斷提升，MIMO技術(shù)將朝著多用戶的方向發(fā)展，具體實(shí)施的技術(shù)方案是將多根天線置于發(fā)射端和接收端，通過加大了對(duì)發(fā)射功率的復(fù)用和通信帶寬的復(fù)用讓無線通信系統(tǒng)的性能更為完善，這種技術(shù)方案可以滿足現(xiàn)有時(shí)頻資源下，最大化空間的分集增益、空間的多路復(fù)用增益和空間陣列增益，以此來對(duì)系統(tǒng)的容量和通信鏈路的可靠性進(jìn)行提升，最終的使得整個(gè)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率和能源效率的最大化。

3G、LTF、Wi-Fi技術(shù)等都屬于MIMO技術(shù)，但這種傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)在利用的過程中，不僅硬件和信號(hào)處理復(fù)雜度出現(xiàn)了增加的現(xiàn)象，且能量消耗也存在一定的問題。尤其是隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)已經(jīng)無法滿足人們對(duì)圖片、視頻等高需求;在這種情況下，大規(guī)模的MIMO技術(shù)營運(yùn)而生。

結(jié)束語：

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展推進(jìn)了無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得信息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量越來越高，極大便利了人們的工作和生活。當(dāng)前我國5G通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)步伐也在逐步加快，計(jì)劃在2020年后進(jìn)行5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，5G通信網(wǎng)絡(luò)能夠使得信息傳輸進(jìn)一步加快，滿足更多用戶更高的通信要求，提升用戶體驗(yàn)，但是在建設(shè)過程中我們還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要突破，加強(qiáng)對(duì)毫米波通信、大規(guī)模MIMO技術(shù)等的研究探討，加速推動(dòng)我國5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]基于面向5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)探討[J].劉馨.數(shù)字通信世界.2019（04）

[2]5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層重點(diǎn)技術(shù)[J].沙尼亞·阿不都吉里.信息與電腦（理論版）.2019（02