試論5G無線通信網絡物理層關鍵技術

陳先

摘要：本文主要針對5G無線通信網絡物理層關鍵技術展開深入研究，先闡述了其應用的重要性，如有利于提高頻譜資源利用效率、有利于提高用戶的網絡體驗效果，然后結合毫米波通信技術、端到端低時延設計、大規模MIMO技術等，對5G無線通信網絡物理層關鍵技術展開詳細論述，將網絡物理層的總體構造予以明確化，簡化無線通信操作，不斷提高傳輸的精準性，充分彰顯出5G無線通信網絡的應用價值。

關鍵詞：5G無線通信網絡;物理層;應用

中圖分類號：TN9292.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0015-02

5G無線通信，作為全新的無線通信手段之一，是無線通信領域的重要發展目標和趨勢。實際上，在5G通信網絡中，其網絡內部構成是很復雜的，尤其是網絡物理層與多種5G關鍵技術的聯系較為密切。針對完善5G通信網絡，要想不斷提高無線網絡通信的實效性，必須要注重對物理層性能的改進，確保整個通信網絡運行效能的穩步提升。

1 5G無線通信網絡的重要性分析

1.1 有利于提高頻譜資源利用效率

對以往無線通信網絡頻譜資源利用進行分析，無線通信網絡的頻譜資源具有集中性特點，一定程度上使無線通信網絡對信息傳遞的速率造成影響，這已經成為了信息傳遞質量的重要影響因素，對構建網絡產生了一定的威脅。4G無線通信網絡不斷發展過程中，技術人員為了將信息傳輸速率提升上來[1]，不斷增加頻譜資源的使用量。5G無線通信網絡，可以確保頻譜資源利用的科學性和合理性，大大提高信息傳輸速率。

1.2 有利于提高用戶的網絡體驗效果

現階段，用戶對數據傳輸速率的需求越來越高，在數據傳輸速率可以與用戶的業務需求相契合的情況下，人們會用戶體驗也提出了較高要求。無線網絡環境要想體現出安全性和穩定性，讓用戶感受到網絡的魅力，這種無線通信網絡技術，將會成為網絡發展的“佼佼者”。

2 5G無線通信網絡物理層關鍵技術

2.1 毫米波通信技術

在無線通信網絡不斷發展過程中，缺少充足的頻譜資源不容忽視，要想更好地發展無線通信網絡技術，必須要不斷提高高頻率頻譜資源的利用效率。而5G移動的通信網絡，可以為提高高頻譜資源利用效率創造有利條件，一般來說，應用的頻譜范圍至少為3GMz，給予通信的高速率和高容量一定的保證，但是在該技術研發過程中，也存在著一些不足之處，如路徑的損耗等。

2.2 解決路徑損耗問題

在無線的網絡通信中，想發射功率和傳輸特性的影響下，其他信號極容易影響到傳輸中其發射的信號，而且其發射的信號也存在著能耗問題，結合自由空間內路徑損耗的模型相關公式，其能耗大小和頻率之間的關系較為緊密，在頻率較高的情況下，其能耗也處于不斷增長的趨勢。對比5G移動的通信網絡和當前移動通信的網絡，利用頻譜的資源比較高，所以大大增加了自由空間的能耗。因此，在具體解決中，應借助在高頻段進行大規模的發射天線，在較小區域范圍內，集中能量，從而為解決自由空間能耗問題提供幫助。

2.2.1 解決建筑物的穿透損耗問題

在無線的通信信號傳輸過程中，會穿過諸多建筑物，在這個過程中，極容易損耗信號，而且5G移動的通信網路其毫米波在穿過建筑物時，所產生的損耗較高，要想確保室內用關乎能夠接受較弱的信號，應在室內構建WIFI節點或毫微的微蜂窩。

2.2.2 解決雨衰問題

在無線通信信號傳輸過程中，會面臨雨衰這一問題，在雨水的影響下，極容易影響到無線通信系統的穩定性，對其原因進行分析，主要是因為雨滴大小與發射的波長相一致，出現散射的概率較高，所以仍然需要進行不斷研究。

2.3 端到端低時延設計

空口時延、核心網時延等，是端到端時延的重要構成內容。由于業務模型的差異性明顯，端到端時延主要體現在單程和回程時延等方面。端到端低時延設計，主要是指數據包從離開源節點的應用層時，直到目的節點的應用層成功接收所經歷的時間長度，給予URLLC可靠性、超低時延等能力一定的保證。在當前的4G網絡中，端到端理想時延在10ms左右，LTE的端到端典型時延至少為50ms，在5G不斷應用過程中，端到端時延將會更加低于4G。

2.3.1 連續廣域覆蓋

在任何地域下，要想確保用戶獲得前所未有的業務體驗，應加強密集基站部署，與移動寬帶和用戶高速率體驗相符合。比如用戶在小區邊緣，在高速移動的情況下，也可以實現高速率通信，同時，用戶體驗速率高達100Mbps。

2.3.2 熱點高容量

5G網絡中，用戶體驗速率高達1Gbps。為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗速率，確保用戶在局部熱點區域和惡劣環境下，將極高的數據傳輸速率提供給用戶，確保用戶實時傳輸超高清視流需求得以實現。

2.3.3 低功耗大連接

其應用場景主要為傳感器接入和遠程數據采集，其特點就是低功耗和海量連接等。其面向范圍主要體現在環境監測和智能農業等，為電遠程抄表、路邊井蓋監測提供強有力的保證，也廣泛應用于智能農業生產中土壤濕度、溫度檢測等。所以網絡終端分布范圍應確保廣泛性，也要將超千億連接的支持能力提升上來，不斷朝著終端的超低功耗和超低成本的方向邁進。

2.3.4 低時延高可靠

應用領域主要包括車聯網、工業控制、遠程醫療等，對自動駕駛中車輛周邊的路況信息予以提供，將毫秒級的端到端時延提供給用戶，不斷提高業務的可靠性。

2.4 大規模MIMO技術

首先，技術優勢。對于大規模MIMO技術來說，主要對多天線進行使用，大規模天線的陣列，通過天線呈現空分的特點，將相同頻譜資源向用戶同時進行服務，并將頻譜的效率提升上來，確保信息傳輸具有較高的穩定性，同時空分的特定，其高分辨率的空間性自由度也較為顯著，此技術的波束進行成型中，可以將波束在較小的范圍內進行約束，所以可以有效控制干擾和發射的功率。由于該技術的空間性自由度較高，其信道安全性設計是重中之重，在其內部存在著較多的移動性隱私信息，所以極容易入侵惡意軟件。所以在解決過程中，應加強Fuzzing的測試，并與logcat的系統結合在一起，以此來全方位、多角度領域地監控惡意的軟件，發揮出自動化優勢，并通過模糊數據的分析模式，起到強有力的預警效果，從而不斷提高無線通信系統運行的安全性和穩定性。

其次，信道狀態的信息獲取。該技術使用的天線比較多，在天線數量較多的情況下，可以大大提高無線通信系統的運行效率。在該技術中，準確獲取信道狀態相關信息是至關重要的，該系統與頻雙工的系統的差異性較大，與頻雙工的系統，主要使用終端的用戶，以此來估計信道，從而獲取反饋信息，而時分雙工的系統，則大大降低了信道的開銷，而且無需構建復雜性反饋機制。但是在時分雙工系統使用中，其原理特性為互易性。

3 結語

總之，現階段，在社會經濟的強大推動下，無線通信網絡技術發揮的優勢和作用越來越明顯，其中，加強5G無線通信網絡物理層關鍵技術的應用勢在必行，不僅可以使信息傳輸效率得到保障，而且還可以與用戶各方面的需求相符合，不斷提高用戶的體驗度。

參考文獻

[1] 彭德義.基于機器學習的5G無線通信物理層關鍵技術研究[J].湖南工程學院學報（自然科學版），2019，29（03）：37-43.