5G無線通信關鍵技術及其發展現狀

李志 葛明 王璟瑞 張主杰

摘要：隨著物聯網的飛速發展以及人們對更高速可靠的網絡環境的日益渴望，近幾年5G的發展勢頭高漲。隨著5G技術的提出和不斷進步，該技術成為將來無線通信領域的主要技術指日可待。我國的無線通信技術已經經歷了2G、3G和4G時代，5G通信技術也布局已久，5G無線通信技術的發展將是我國通信產業快速發展的良好契機。我國只有抓緊機遇，不斷提高自身科研水平，才能進一步縮短與發達國家通信技術之間的差距。由此可見，對5G通信技術的發展進行不斷跟蹤和分析，對于大面積推廣此技術和為此技術的應用打好基礎具有重要意義。本文就5G無線通信關鍵技術及其發展現狀展開探討。

關鍵詞：5G;移動通信網絡;關鍵技術

1、5G無線網絡通信技術概述

5G無線網絡通信技術是在之前的無線通信技術基礎上進行升級和改造，在數據傳輸性能等方面全面領先4G無線網絡的新型無線通信技術。相比于傳統的無線通信技術，5G無線通信首次應用了納米技術，使傳輸速度得到有效提升，同時還注重數據傳輸的安全和保密。個人信息的加密是5G技術最突出的創新點，信息在傳輸過程中遇到問題會及時報錯，并有效進行保護，這在網絡技術發展越來越快的今天十分重要。

2、5G移動通信網絡關鍵技術

2.1 大規模MIMO技術

這種技術屬于是無線傳輸技術，在運行過程中主要依靠了大型天線系統，然后將其集成在5G移動通信中，降低制造成本以及技術能耗。在天線系統之中，大規模MIMO技術可以把很多天線結合在一起，以此實現多個地區和多天線信息的相互交流傳遞，這與5G移動通信網絡的建設與發展目標相契合。因此，在5G移動通信網絡中，大規模MIMO技術是一項關鍵技術。在5G落實之前，這種技術已經被廣泛運用，在未來的發展中，需要做的是將其和5G通信網絡融合，以此檢查其中是否有不契合的部分。若是有就需要進行解決，將兩者結合在一起讓技術更加完美。在對大規模MIMO技術進行完善時，需要對其中技術優化點進行考慮。在實際工作中要將其與5G通信網絡融合在一起，發現天線數據，將其作為技術優化的切入點。在5G通信網絡中，天線是信息主要傳輸載體，因此信息傳輸速率以及頻譜利用率和天線之間有緊密關系。為了提高信息傳輸效率，就需要提高頻譜利用率。經過數量的增加優化天線配置，合理的配置天線，可以發送接收端信息傳輸的效率。在使用這種技術時，要明確分布形式，集中與散落的分布形式能夠獨立運用，但是要提升使用效果，最好的方式是結合一體共同運用。在結合運用中，空間資源利用率有一定提高，可以降低發射功率，不易受到外界干擾信號的影響。

2.2 毫米波

隨著低頻段頻譜資源不斷被利用，低頻帶無線通信系統日益擁堵，尋求新的的頻譜資源以適應5G更高速的傳輸需求已是大勢所趨。各國研究者將目光投向了頻譜資源豐富的毫米波頻段。毫米波的波長處于微波和遠紅外波之間，而波長又與尺寸成正比，因此，毫米波元器件的尺寸要比同等波長微波下的器件尺寸小得多。利用這個優點，基站端可以布置大規模天線陣列，再配合預編碼技術，毫米波大規模MIMO系統就可以達到提升發送信號的增益、減輕外界磁場的干擾、降低資源損耗等目的。但是，毫米波通信有一個缺點就是它容易受到大氣和雨水等外界環境的影響，路徑損耗較大，為了解決這一問題，需要在毫米波通信中引入波束成形（BF，BeamForming）技術。

2.3 D2D技術

D2D技術是英文Device-to-Device的簡稱，其還被人們稱之為蜂窩通信。隨著5G通信技術越來越普及，提升無線通信性能顯得越來越緊迫，而D2D技術就是在這種背景下誕生的，進而迅速的被推廣應用。這項技術在我國的應用時間也不算短了，其發展和推廣速度非常的快，并且我國很多通信公司還獲得相應的專利授權。就當前情況來看，蜂窩通信技術已然成為5G移動通信網絡最為關鍵的技術之一，其發展前景非常的廣大，筆者相信這項技術在未來的移動互聯網中必定能夠發揮更大的作用。

2.4 波束成形

波束成形并不是一個新名詞，它其實是一種經典的傳統天線技術，在軍用雷達中早就有所應用。隨著無線通信技術的發展，無線通信系統的抗干擾能力到達一定狀態之后就無法再取得明顯的提高，信號傳輸距離、信道質量等因此也受到限制，為此，研究人員將波束成形引入到5G中來，期望對無線通信系統的干擾問題瓶頸進行改善。在5G無線通信系統中，使用大規模MIMO天線技術在基站端配置了大量的天線陣列，發出的信號向四面八方傳播，使得部分接收信號功率損失嚴重，質量也大打折扣。研究人員利用波束成形技術對多天線陣元接收到的各路信號進行加權合成，讓信號集中在指定的方向傳輸，相當于形成了具體指向上的波束，從而提高了信號的抗干擾能力，獲得了更高的信號質量。但是，使用波束成形也帶來了一些問題。首先，通信系統設備成本和功耗的提高，對實際應用提出了不小的挑戰;其次，如何將波束快速地對準用戶，使波束不至于偏離用戶，導致用戶接收不到高質量的無線信號，這些都有待我們后續繼續改進。

3、5G無線通信技術的發展趨勢

5G無線通信技術會隨著相關部門研究的深入而日趨成熟，無論是高頻傳輸方面，還是網絡的大容量、大帶寬方面都會得到提升和發展。互聯網業務的不斷發展也給5G無線通信技術提出了更高的要求，需要在無線通信中做到系統容量不斷擴增、傳輸速度不斷加快的同時，保證客戶信息的安全。就現階段網絡發展的方向來講，5G無線通信技術的研究還需借助其他優秀無線傳輸技術的經驗來進行合理規劃，例如對于小區網絡來講，推進智能化網絡架構發展，需要尋求增加熱點和降低干擾的平衡，增大網絡吞吐量，提升用戶體驗。在未來的發展中，5G無線通信技術會對頻率資源進行進一步的分析和挖掘，無論是高頻段、毫米波還是可見光，更深入地利用頻率資源可以保證網絡帶寬充足，滿足網絡發展的需求。同時5G無線通信技術將更好地與當下發展火熱的物聯網技術進行良好的結合，更多機器之間會利用無線通信進行交互和應用，這就需要在研發通信技術時考慮到終端數量快速增長的問題，一旦大量終端并發接入，如何才能保證業務數據的穩定。由此可見，5G無線網絡通信技術的發展還有很長的路要走，要根據當前不斷增長的需求來拓寬網絡的可用性，通過制定接入方案和進行壓力測試等保證無線通信質量。

結語

總之，5G移動通信網絡技術的發展，對于我們國家具有十分重要的現實意義，一方面能夠使當前的網絡速度實現應有的提高，另一方面還能夠顯著的提升我們國家的綜合國力，為我們國家的經濟發展和科技進步作出貢獻。5G移動通信網絡關鍵技術在應用中必然會遇到很多問題，因此要慎重對待這些問題，并找到問題的解決措施，如此5G技術才能逐漸完善。在研究該技術時，要從實際出發，對其具體應用效果進行評估和判斷，找到可優化升級的點。

參考文獻：

[1] 韓展宏.5G無線通信技術概念及相關應用的思考[J].計算機產品與流通，2017（12）：62.

[2] 孔偉.探討5G無線通信技術的應用前景[J].中國新通信，2017，19（23）：105.

[3] 徐鵬，郭鴻.對新時期5G無線通信技術發展跟蹤與應用分析[J].通訊世界，2017（9）：58-59.

（作者單位：中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司）