5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)分析

潘文曉

（公誠(chéng)管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的不斷擴(kuò)大，社會(huì)各界逐漸對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了更高的要求。以4G技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出性能更加良好的5G技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用大大提升了無(wú)線通信的速度與安全性，為人們的生活與工作提供有效支撐。

1 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

5G技術(shù)是具有高速率、低延時(shí)與大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用?；?G技術(shù)實(shí)現(xiàn)的5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：一是數(shù)據(jù)傳輸速率快，峰值可以達(dá)到10 Gb/s，能夠滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸要求；二是控制接口時(shí)延很低，可達(dá)到1 ms以內(nèi)，以此為車輛智能控制及遠(yuǎn)程精確控制等提供支持；三是存在很強(qiáng)的設(shè)備連接能力，有利于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)；四是相對(duì)于長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)而言，具備更高的頻譜效率；五是在連續(xù)廣域覆蓋與高移動(dòng)性條件下，用戶體驗(yàn)速度快；六是流量密度高[1]。

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以4G網(wǎng)絡(luò)為基準(zhǔn)，逐漸融合了其他技術(shù)，提升了數(shù)據(jù)傳輸效率，可以在更短的時(shí)間內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，其改善了服務(wù)器與用戶間的連接，進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。改造移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)際需求為中心合理規(guī)劃無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)程序，以使數(shù)據(jù)通信更加順暢。整個(gè)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可在使用很小帶寬的同時(shí)對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，有利于大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸，且有效減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的成本，使得5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用到智能家居、工業(yè)機(jī)器人控制、智慧城市等領(lǐng)域，以此為現(xiàn)代社會(huì)快速、穩(wěn)定發(fā)展提供支持。

2 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多載波技術(shù)

現(xiàn)代5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包含了諸多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，多載波技術(shù)是其中較為關(guān)鍵的一種，在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)以各種載波作為傳播途徑，以此達(dá)到提升數(shù)據(jù)傳輸效率的目的[2]。4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通常是將數(shù)據(jù)流打包到一起后利用同一條通道進(jìn)行傳輸，是一種串行傳輸方法，由于傳輸通道較少，因此傳輸效率相對(duì)較低。而多載波技術(shù)的應(yīng)用可豐富數(shù)據(jù)傳輸途徑，達(dá)到并行傳輸?shù)哪康模鶕?jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)將其劃分成多個(gè)規(guī)模較小的數(shù)據(jù)流，通過(guò)疊加處理后利用載波的形式予以傳輸，從而大大提升數(shù)據(jù)傳輸速率。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)，為了確保其能夠發(fā)揮出最大的作用，必須選擇合理的濾波器，以保證移動(dòng)通信信道數(shù)量與實(shí)際頻譜要求相符。

2.2 高階MIMO技術(shù)

多輸入多輸出（MultipleInput Multiple Output，MIMO）技術(shù)指系統(tǒng)安裝了多個(gè)接收或發(fā)射元件，能夠利用多條路徑傳輸信號(hào)，以此提升通信質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性，其原理如圖1所示。

圖1 MIMO技術(shù)原理

該技術(shù)具備以下優(yōu)點(diǎn)：一是高空間分辨率，能使用戶采集大量空間資源數(shù)據(jù)且在多用戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自由對(duì)數(shù)據(jù)傳輸，以此提升了頻譜質(zhì)量；二是有效對(duì)光束范圍進(jìn)行控制，以此防止外界環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)傳輸造成較大干擾；三是發(fā)射功率調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率；四是能夠優(yōu)化預(yù)編碼及檢測(cè)器性能，不斷提升系統(tǒng)的抗干擾能力。作為一種新技術(shù)，MIMO技術(shù)依然存在一些缺陷，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)MIMO技術(shù)的研究[3]。

2.3 全雙工技術(shù)

雙全工技術(shù)指交換機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，可以在向外傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)獲取外界輸送的數(shù)據(jù)，發(fā)送與接收不會(huì)出現(xiàn)沖突，分別利用相互獨(dú)立的通道完成整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸活動(dòng)。該技術(shù)的應(yīng)用，使得整個(gè)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)具有更高的頻譜利用率，擴(kuò)大系統(tǒng)內(nèi)部的頻譜資源規(guī)模。需要注意的是，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)該技術(shù)應(yīng)用時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，例如在數(shù)據(jù)發(fā)送與傳輸時(shí)可能產(chǎn)生很大的差異或系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)自干擾現(xiàn)象，在一定程度上影響數(shù)據(jù)的傳輸。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需要配合其他相關(guān)的通信技術(shù)構(gòu)建完整的通信網(wǎng)絡(luò)，從而提升信號(hào)處理質(zhì)量，防止出現(xiàn)自干擾現(xiàn)象[4]。

2.4 波束賦形技術(shù)

波束賦形技術(shù)的應(yīng)用可針對(duì)系統(tǒng)性能要求重新對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行分配，以得到最佳的分配方案，從而防止系統(tǒng)出現(xiàn)信號(hào)衰落問(wèn)題，確保信號(hào)快速、準(zhǔn)確傳輸?shù)耐瑫r(shí)，降低空間損耗率。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)這一技術(shù)應(yīng)用時(shí)，先要構(gòu)建出相應(yīng)的系統(tǒng)模型并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)在模型內(nèi)分別錄入上行與下行運(yùn)算方法，使得系統(tǒng)能夠同時(shí)對(duì)接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。目前，在5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域內(nèi)，該技術(shù)通常配合其他技術(shù)共同使用。

2.5 微基站技術(shù)

微基站指在樓宇或密集區(qū)安裝的小型基站，其體積小、覆蓋面積小，承載的用戶量比較少。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)，通過(guò)微基站的應(yīng)用能夠向用戶提供良好的通信服務(wù)，大大減少占用空間[5]。同時(shí)，可將各類元件集成到一起，有利于對(duì)元件的高效保護(hù)，防止元件運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)各種問(wèn)題。此外，微基站應(yīng)用時(shí)無(wú)需構(gòu)建獨(dú)立的微機(jī)室。

2.6 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

現(xiàn)代無(wú)線通信領(lǐng)域內(nèi)，以移動(dòng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)出一種全新的通信技術(shù)，即自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，不論用戶中斷處于何處，基于該技術(shù)均能保持良好的通信狀態(tài)?，F(xiàn)有自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能單一的問(wèn)題，很容易受到外界諸多因素的干擾，未來(lái)需要加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究，以此進(jìn)一步提升其應(yīng)用效果。

2.7 軟件定義網(wǎng)絡(luò)

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)并非是一種技術(shù)，而是一種全新的網(wǎng)絡(luò)框架。通過(guò)該框架的應(yīng)用，能夠在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)構(gòu)建多條通道，并賦予每條通道不同的功能，使得網(wǎng)絡(luò)功能保持相對(duì)獨(dú)立，確保數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收不會(huì)相互干擾，在提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)，精簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6]。相關(guān)人員對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)時(shí)，則應(yīng)加強(qiáng)對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的重視程度，有效將其融入到5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，以加強(qiáng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的管理效果，不斷提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能。

3 5G無(wú)線技術(shù)的規(guī)劃

3.1 合理進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)布局

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，想要使5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮出更大的作用，應(yīng)準(zhǔn)確找出那些會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)行造成影響的因素，以此為基礎(chǔ)合理制定高質(zhì)量的5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)頻譜特點(diǎn)的不同，可將其劃分成2種類型，一種為低頻段，另一種為高頻段。在5G網(wǎng)絡(luò)布置過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)2類頻譜的重視程度，注意2者可能發(fā)生的問(wèn)題[7]。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，必須利用現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)手段有效解決這些問(wèn)題，以使5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可在實(shí)際當(dāng)中發(fā)揮出更大的作用。

3.2 遵循以用戶為中心的原則

用戶不僅是5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)者，還是網(wǎng)絡(luò)的直接使用者，所有性能、功能的規(guī)劃與設(shè)計(jì)均是為了向用戶提供良好的通信服務(wù)。在對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，必然要遵循以用戶為中心的原則[8]。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)屬于城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，因此對(duì)其進(jìn)行建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮城市整體規(guī)劃，確保5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠發(fā)揮出應(yīng)有作用的同時(shí)，不會(huì)對(duì)城市規(guī)劃造成干擾，以加快推動(dòng)現(xiàn)代城市向著更加良好的方向發(fā)展。與此同時(shí)，對(duì)于不同城市來(lái)說(shuō)，所處地理位置及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平完全不同，因而在選擇基站位置時(shí)應(yīng)同時(shí)考量成本與性能2個(gè)要素，確保整個(gè)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能良好的同時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。5G基站建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)對(duì)原4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的分析，合理劃分用戶類型，并針對(duì)各類型用戶的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出最佳的5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案[9]。

3.3 做好5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)工作

合理制定5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案后，應(yīng)選擇相應(yīng)的地區(qū)作為試點(diǎn)區(qū)域，以觀察5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的缺陷，并采取相應(yīng)的方式予以優(yōu)化，從而不斷提升5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能[10]。同時(shí)，還可全面向用戶展示5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，使用戶對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生高度認(rèn)可，以此為5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步推廣提供支持。

4 結(jié) 論

綜上所述，在多載波技術(shù)、高階MIMO技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的支持下，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸、資源高效利用等功能。通過(guò)對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的深入探究，從而為用戶提供更加良好的通信服務(wù)，促進(jìn)通信領(lǐng)域的長(zhǎng)久發(fā)展。