5G無線通信系統(tǒng)的關鍵技術分析

周 浩

（吉訊股份有限公司，河北 保定 071000）

1 5G無線通信技術

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

2 5G移動通信功能特點

與4G技術相比，5G有如下功能特點。（1）增強移動寬帶。5G技術先進性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速度方面，最高可以達到10 Gb/s，可以滿足用戶對數(shù)據(jù)通信的要求。5G增強型移動寬帶可以保證數(shù)據(jù)移動性、業(yè)務連續(xù)性不會受到影響。（2）超低時延。5G技術具有低時延、高可靠性等特點，現(xiàn)已應用于增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實（Argmented Reality/Virtual Reality，AR/VR）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）機器人、智能制造等領域[2]。

3 5G無線通信系統(tǒng)的關鍵技術

3.1 超密集異構網(wǎng)絡

5G移動通信網(wǎng)絡技術可以主動利用低功率的小型化基站以及宏站，完成對移動信號覆蓋的精細化處理。與4G移動通信技術相比，5G移動通信網(wǎng)絡技術可以接入混合異構網(wǎng)絡，進一步提高移動信號覆蓋率。最重要的是，5G移動通信網(wǎng)絡技術在站點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

相較于4G無線通信系統(tǒng)，5G無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)對于傳輸速度要求較高，主要原因在于其應用了空口技術。該項技術不但能帶動網(wǎng)絡信息傳遞速度為1G/s的寬帶，為用戶提供方便快捷的通信傳輸服務，而且還能與傳感器進行有機結(jié)合，構建一個網(wǎng)絡信號較強的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，從而有效擴大無線網(wǎng)絡通信的覆蓋面。在實際應用過程中，5G空口技術又可細分為高頻新空口技術和低頻新空口技術。其中，高頻新空口技術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，主要被應用于信號指向性強、覆蓋面積小、高容量以及高熱點的通信場景中。低頻新空口技術則整合了大規(guī)模多天線陣列、調(diào)制編碼和新型多址技術，適用于覆蓋面積廣、高連續(xù)性、低時延和熱點高容量通信場景中，能夠有效保障無線通信的可靠性。

3.3 大規(guī)模MIMO技術

盡管小小區(qū)和終端直通（Device-to-Device，D2D）兩種異構網(wǎng)絡架構能夠為5G無線通信系統(tǒng)提供巨大的網(wǎng)絡性能增益，但是也可能對宏蜂窩用戶、其他小小區(qū)用戶以及D2D用戶的網(wǎng)絡通信造成一定的干擾，從而對系統(tǒng)整體通信性能造成不良影響。為了解決這一問題，相關企業(yè)可應用多進多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術。大規(guī)模MIMO技術不僅能為無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)帶來發(fā)射功率和帶寬復用的分集增益，同時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，頻譜利用率顯著提高。具體應用過程中，在現(xiàn)有5G無線通信系統(tǒng)中配置多個基站端和若干數(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，同時服務于多個用戶。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，從而提高用戶對系統(tǒng)通信服務的滿意度[5]。大規(guī)模MIMO技術通信網(wǎng)絡構建方式如圖1所示。

圖1 大規(guī)模MIMO技術通信網(wǎng)絡構建方式

3.4 云計算技術

通過云計算平臺對數(shù)據(jù)的存儲和分析，進一步加強了終端設備的計算能力和分析技能，通信傳輸速率和數(shù)據(jù)計算能力也大大提高。作為一種典型的專業(yè)化技術，云計算在提高通信傳輸速率有效應用率的同時，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)勢的5G無線通信系統(tǒng)，更應該積極應用和共享云計算技術，不斷發(fā)揮5G連接在線服務器的優(yōu)勢。充分整合5G無線通信系統(tǒng)和云計算技術，采用離線階段算法等，更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮密度和擴展存儲容量的同步提升[7]。

3.5 網(wǎng)絡切片技術

網(wǎng)絡切片作為5G通信網(wǎng)絡的核心技術，不僅可以滿足不同業(yè)務場景的需求，同時也可以保障不同業(yè)務場景之間獨立運行、互不干擾，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。其中，網(wǎng)絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）是實現(xiàn)網(wǎng)絡切片技術高效應用的基礎。為了在移動通信網(wǎng)絡中完成統(tǒng)一部署和設備功能優(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性服務。除此之外，不同網(wǎng)絡形式在網(wǎng)絡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)絡體系、視頻網(wǎng)絡需要大量帶寬，網(wǎng)絡切片技術應滿足用戶差異性需求，加強對不同邏輯網(wǎng)絡體系的架構應用，進一步提高網(wǎng)絡通信服務質(zhì)量。

4 5G網(wǎng)絡通信的應用

4.1 優(yōu)化系統(tǒng)修復水平

當前5G通信技術尚處于持續(xù)探索階段，在應用中不可避免地會出現(xiàn)一定的技術缺陷，給通信效率造成較大的影響。在5G網(wǎng)絡快速發(fā)展的今天，信息傳輸過程受外部的沖擊和影響更加強烈。網(wǎng)絡環(huán)境本身具有較強的開放性，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)范化地對系統(tǒng)自身進行修復，能有效發(fā)現(xiàn)并處理網(wǎng)絡系統(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)控制標準

5G通信有效拓展了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺溃黾恿诵畔鬏數(shù)娜萘俊；诖耍M一步協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸效率與安全性的關系，還應注重數(shù)據(jù)傳輸標準的建設，構建統(tǒng)一、標準化的通信規(guī)則。在該規(guī)則下，加強5G通信的全過程管理，最大程度提升5G通信網(wǎng)絡基礎框架建設水平[8]。

4.3 深化5G先進技術的應用

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，還應深化5G通信技術與其他先進技術的融合。全覆蓋技術、頻譜拓展技術等都是通信工程領域全新的技術形態(tài)，規(guī)范使用這些技術能減少5G通信過程中潛在的安全風險[9]。在5G通信與先進技術融合應用中，相關從業(yè)者應深化對5G通信技術基礎理論知識的學習和對5G通信基礎網(wǎng)絡架構的分析。此外，在現(xiàn)有新技術應用的基礎上，還應加強5G通信技術的創(chuàng)新升級，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移動通信網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，5G在傳統(tǒng)領域及社會垂直行業(yè)領域的應用不斷深入。為了加快推動5G移動通信網(wǎng)絡建設及行業(yè)應用，行業(yè)研究人員應立足5G移動通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展現(xiàn)狀，加強對5G部署場景、關鍵技術、行業(yè)應用、網(wǎng)絡問題及發(fā)展趨勢等的研究，給出切實可靠的解決方案。隨著5G網(wǎng)絡的全覆蓋及垂直行業(yè)的逐步應用，5G將重塑行業(yè)應用場景，全面推動社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型。