5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

周 浩

（吉訊股份有限公司，河北 保定 071000）

1 5G無線通信技術(shù)

與4G無線通信技術(shù)相比，5G無線通信技術(shù)覆蓋范圍更廣、速度更快，有更大的發(fā)展空間。近年來，國家也加大了對(duì)5G無線通信技術(shù)的投入和應(yīng)用，在試驗(yàn)研究階段取得了可喜的成績[1]。在運(yùn)行速度方面，5G無線通信技術(shù)可以達(dá)到10 Gb/s。目前，5G無線通信技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)課題，在未來的發(fā)展過程中具有巨大的潛力。

2 5G移動(dòng)通信功能特點(diǎn)

與4G技術(shù)相比，5G有如下功能特點(diǎn)。（1）增強(qiáng)移動(dòng)寬帶。5G技術(shù)先進(jìn)性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速度方面，最高可以達(dá)到10 Gb/s，可以滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求。5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶可以保證數(shù)據(jù)移動(dòng)性、業(yè)務(wù)連續(xù)性不會(huì)受到影響。（2）超低時(shí)延。5G技術(shù)具有低時(shí)延、高可靠性等特點(diǎn)，現(xiàn)已應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（Argmented Reality/Virtual Reality，AR/VR）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）機(jī)器人、智能制造等領(lǐng)域[2]。

3 5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以主動(dòng)利用低功率的小型化基站以及宏站，完成對(duì)移動(dòng)信號(hào)覆蓋的精細(xì)化處理。與4G移動(dòng)通信技術(shù)相比，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以接入混合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高移動(dòng)信號(hào)覆蓋率。最重要的是，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在站點(diǎn)功率利用方面可以提供較大的頻譜效率[3-6]。

3.2 空口技術(shù)

相較于4G無線通信系統(tǒng)，5G無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)于傳輸速度要求較高，主要原因在于其應(yīng)用了空口技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)不但能帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞速度為1G/s的寬帶，為用戶提供方便快捷的通信傳輸服務(wù)，而且還能與傳感器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，從而有效擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)通信的覆蓋面。在實(shí)際應(yīng)用過程中，5G空口技術(shù)又可細(xì)分為高頻新空口技術(shù)和低頻新空口技術(shù)。其中，高頻新空口技術(shù)主要采用超大帶寬信道和高密度部署，能有效提高無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)流量密度，主要被應(yīng)用于信號(hào)指向性強(qiáng)、覆蓋面積小、高容量以及高熱點(diǎn)的通信場景中。低頻新空口技術(shù)則整合了大規(guī)模多天線陣列、調(diào)制編碼和新型多址技術(shù)，適用于覆蓋面積廣、高連續(xù)性、低時(shí)延和熱點(diǎn)高容量通信場景中，能夠有效保障無線通信的可靠性。

3.3 大規(guī)模MIMO技術(shù)

盡管小小區(qū)和終端直通（Device-to-Device，D2D）兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠?yàn)?G無線通信系統(tǒng)提供巨大的網(wǎng)絡(luò)性能增益，但是也可能對(duì)宏蜂窩用戶、其他小小區(qū)用戶以及D2D用戶的網(wǎng)絡(luò)通信造成一定的干擾，從而對(duì)系統(tǒng)整體通信性能造成不良影響。為了解決這一問題，相關(guān)企業(yè)可應(yīng)用多進(jìn)多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)。大規(guī)模MIMO技術(shù)不僅能為無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來發(fā)射功率和帶寬復(fù)用的分集增益，同時(shí)還能有效提升無線蜂窩通信系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)的覆蓋性能顯著增強(qiáng)，頻譜利用率顯著提高。具體應(yīng)用過程中，在現(xiàn)有5G無線通信系統(tǒng)中配置多個(gè)基站端和若干數(shù)量的天線、大規(guī)模天線矩陣等，這些天線可以大規(guī)模天線矩陣方式集中放置，也可分散放置在小區(qū)中，同時(shí)服務(wù)于多個(gè)用戶。利用該方法，能顯著提高系統(tǒng)信道總?cè)萘坎⑾脩糸g的通信干擾，從而提高用戶對(duì)系統(tǒng)通信服務(wù)的滿意度[5]。大規(guī)模MIMO技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式如圖1所示。

圖1 大規(guī)模MIMO技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式

3.4 云計(jì)算技術(shù)

通過云計(jì)算平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，進(jìn)一步加強(qiáng)了終端設(shè)備的計(jì)算能力和分析技能，通信傳輸速率和數(shù)據(jù)計(jì)算能力也大大提高。作為一種典型的專業(yè)化技術(shù)，云計(jì)算在提高通信傳輸速率有效應(yīng)用率的同時(shí)，也極大地優(yōu)化了通信系統(tǒng)的開發(fā)模式和開發(fā)方法。作為最具潛力和優(yōu)勢(shì)的5G無線通信系統(tǒng)，更應(yīng)該積極應(yīng)用和共享云計(jì)算技術(shù)，不斷發(fā)揮5G連接在線服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)。充分整合5G無線通信系統(tǒng)和云計(jì)算技術(shù)，采用離線階段算法等，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮密度和擴(kuò)展存儲(chǔ)容量的同步提升[7]。

3.5 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片作為5G通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，不僅可以滿足不同業(yè)務(wù)場景的需求，同時(shí)也可以保障不同業(yè)務(wù)場景之間獨(dú)立運(yùn)行、互不干擾，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。其中，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)高效應(yīng)用的基礎(chǔ)。為了在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中完成統(tǒng)一部署和設(shè)備功能優(yōu)化，操作人員需要結(jié)合軟件功能虛擬化特征為不同用戶提供針對(duì)性服務(wù)。除此之外，不同網(wǎng)絡(luò)形式在網(wǎng)絡(luò)功能需求方面存在差異，例如金融行業(yè)需要穩(wěn)定安全的網(wǎng)絡(luò)體系、視頻網(wǎng)絡(luò)需要大量帶寬，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)滿足用戶差異性需求，加強(qiáng)對(duì)不同邏輯網(wǎng)絡(luò)體系的架構(gòu)應(yīng)用，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量。

4 5G網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用

4.1 優(yōu)化系統(tǒng)修復(fù)水平

當(dāng)前5G通信技術(shù)尚處于持續(xù)探索階段，在應(yīng)用中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一定的技術(shù)缺陷，給通信效率造成較大的影響。在5G網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的今天，信息傳輸過程受外部的沖擊和影響更加強(qiáng)烈。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境本身具有較強(qiáng)的開放性，信息傳輸中容易受到病毒、黑客的影響，降低了信息數(shù)據(jù)的安全性。在此背景下，規(guī)范化地對(duì)系統(tǒng)自身進(jìn)行修復(fù)，能有效發(fā)現(xiàn)并處理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身的漏洞，減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全隱患，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩訹7]。

4.2 完善5G通信傳輸數(shù)據(jù)控制標(biāo)準(zhǔn)

5G通信有效拓展了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺?，增加了信息傳輸?shù)娜萘??；诖耍M(jìn)一步協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸效率與安全性的關(guān)系，還應(yīng)注重?cái)?shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，構(gòu)建統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的通信規(guī)則。在該規(guī)則下，加強(qiáng)5G通信的全過程管理，最大程度提升5G通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)框架建設(shè)水平[8]。

4.3 深化5G先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

在全新通信環(huán)境下，為了提升5G通信數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性，還應(yīng)深化5G通信技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)的融合。全覆蓋技術(shù)、頻譜拓展技術(shù)等都是通信工程領(lǐng)域全新的技術(shù)形態(tài)，規(guī)范使用這些技術(shù)能減少5G通信過程中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)[9]。在5G通信與先進(jìn)技術(shù)融合應(yīng)用中，相關(guān)從業(yè)者應(yīng)深化對(duì)5G通信技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和對(duì)5G通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的分析。此外，在現(xiàn)有新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還應(yīng)加強(qiáng)5G通信技術(shù)的創(chuàng)新升級(jí)，最大限度地提高5G數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃訹10]。

5 結(jié) 論

隨著5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，5G在傳統(tǒng)領(lǐng)域及社會(huì)垂直行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入。為了加快推動(dòng)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及行業(yè)應(yīng)用，行業(yè)研究人員應(yīng)立足5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，加強(qiáng)對(duì)5G部署場景、關(guān)鍵技術(shù)、行業(yè)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)問題及發(fā)展趨勢(shì)等的研究，給出切實(shí)可靠的解決方案。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋及垂直行業(yè)的逐步應(yīng)用，5G將重塑行業(yè)應(yīng)用場景，全面推動(dòng)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。