基于5G的無線通信網絡物理層關鍵技術探究

簡智斌

（公誠管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510610）

1 5G無線通信系統概述

1.1 5G無線通信系統

5G無線通信系統是一種基于第五代移動通信技術而產生的無線通信系統。一般來說，將其認為4G無線通信系統的延伸[1]。在無線通信系統中，包括了固定式、便攜式以及移動式的設備，用戶可以利用無線協議進行通信。5G無線通信技術具有靈活性和便利性，其包含了各種升級改進的無線網絡技術，因此能夠有效保障用戶的隱私安全，在傳遞過程中提高信息的傳遞速度。另外，隨著人們對納米技術的關注，5G無線通信技術能夠有效降低能源損耗，實現節能減排。

1.2 5G無線網絡構建

5G無線網絡架構包括轉發平面、控制平面以及接入平面3個部分[2]。根據5G無線網絡架構的3個部分，也可以將其劃分為3個層級，即城域網、核心網、接入網。城域網作為第1層，用戶可以在其中利用無線呼叫進行信號的傳遞和感知，促進信息的共享；核心網是第2層，用戶可以利用數據端口和通信設備的銜接，實現信息的分類和傳輸；接入網是第3層，其主要作用是進行數據結果的構建，實現信息的全覆蓋。

1.3 5G無線通信網絡技術特點

5G無線通信網絡的技術特點包括擴展通信網的容量、優化用戶通信體驗等[3]。以擴展通信網容量為例，5G無線通信網絡能夠實現通信的穩定傳輸，通過密集網絡技術進行盲點的清除，增加技術容量，提高小區密度。另外，多天線傳輸技術的應用能夠降低頻譜資源的浪費，推動5G信息技術的發展。

2 5G無線通信系統構建意義

2.1 有利于利用頻譜資源

5G無線通信網絡能夠實現頻譜資源的集中化，提高利用率[4]。頻譜資源是人類共享的寶貴自然資源，但并不是取之不盡、用之不竭的，在一定條件下，技術人員可以實現頻譜資源的重復利用，因此它也是國家重要的戰略性資源。通過技術的進步，工作人員能夠用新技術對頻譜資源進行有效管理，提高管理效率。5G無線通信系統的構建能夠有效提高頻譜資源的利用率，進而實現頻譜資源的最大社會經濟效益。

2.2 有利于提高通信質量

5G無線通信網絡的構建能夠提升無線通信信息的質量[5]。5G無線通信系統中，技術人員可以利用納米系統進行系統內數據的搜集，根據扁平化的IP互聯網傳遞模式傳遞信息，引進用戶終端。技術人員可以利用納米技術進行數據處理，保障信號的質量，其中的自動化模式能夠為用戶提供更便捷的條件，提升通信質量。

2.3 有利于拓展系統容量

建設5G互聯網可以有效擴大系統容量和網絡帶寬[6]。帶寬的概念較為抽象，其指在給定時間等條件下流過特定區域的最大數據位數，網絡帶寬是指在單位時間內能傳輸的數據量。隨著5G無線通信系統的構建，其具有更專業的網絡設備，能夠有效進行網絡帶寬的擴大，處理爆炸性增長的數據傳輸，提高用戶體驗感。

3 5G無線通信網絡現狀

3.1 國內互聯網接入流量現狀

根據中華人民共和國工業和信息化部數據顯示，在2017—2021年間，用戶互聯網接入流量亟劇上升，推動了5G建設及應用。圖1為2017—2021年國內移動互聯網接入流量，圖2為2017—2021年國內月戶均移動互聯網接入流量。根據圖片信息可知，自2018年以來，我國移動互聯網接入流量呈現了井噴式的增長，為4G網絡帶來了較大的壓力，因此5G無線通信網絡的建設是現階段需要關注的重點話題之一。從圖2中的數據可以發現，用戶流量消費方面，5G用戶已達到4G用戶的2倍。

圖1 2017—2021年國內移動互聯網接入流量

圖2 2017—2021年國內月戶均移動互聯網接入流量

3.2 國內5G基站建設現狀

近年來，隨著人們對移動通信技術要求的升高，為解決數據流量和終端數帶給移動網絡的壓力，我國加大了5G基站開通總數，圖3為2019年以來國內5G基站開通總數統計圖。

根據圖3中的信息可知，2021年我國5G基站開通總數是2019年基站開通總數的10多倍，由此可見我國現階段5G無線通信系統的發展需求，而根據國內運營商業務發展和資金規劃，到2025年實際建設的5G宏基站和小基站數目約在400～500萬個。

圖3 2019—2021年國內5G基站開通總數統計圖

4 基于5G的無線通信網絡物理層關鍵技術探究

4.1 蜂窩通信技術

技術人員在進行基站構建時，采用蜂窩通信模式能夠實現信息轉發與通信功能[7]。蜂窩移動通信能夠實現用戶在活動中的相互通信，其運用蜂窩無線組網的模式，利用無線通道將終端和網絡設備連接起來，因此終端具有較強的移動性，同時能夠實現跨本地網的自動漫游和跨區切換。技術類型包括宏蜂窩技術、微蜂窩技術以及智能蜂窩技術，另外根據使用頻段的不同，也可分為雙頻段網絡、雙模式網絡等。以宏蜂窩技術為例，宏蜂窩每小區的覆蓋半徑大多為1～25 km，因此基站天線要建造的足夠高，但在實際的紅蜂窩小區內，其存在著兩點問題，一是盲點，二是熱點。由于盲點問題和熱點問題的存在，當小區分裂到一定程度時，基站成本將會增加，影響到小區半徑的縮小，通信質量也會出現下降，因此需要技術人員進行進一步研究。

4.2 雙公開技術分析

在5G無線通信網絡物理層關鍵技術中，雙公開技術主要就是確保信息可以滿足同時進行傳輸以及同頻率傳輸的要求[8]。現階段，無線通信系統會受到信號干擾等因素的影響，導致信息的傳送信號較弱，從而影響到無線通信網絡的整體質量。將雙公開技術應用到5G無線通信網絡中能夠實現多頻率信息的傳輸，提高無線通信網絡整體的頻率使用率，進而解決雙向傳輸等問題。同時，通過雙公開技術，技術人員能夠利用信號模擬端進行干擾因素的消除，也能夠有效避免已知信號的干擾，提升無線通信網絡運行的穩定性。

4.3 綠色通信技術

綠色通信技術主要用于降低信息傳輸過程中的能量消耗[9]。技術人員在進行綠色無線通信關鍵技術的研究時，需要關注到綠色無線通信技術中的衡量準則、設備器械、鏈路層以及網絡層等內容。以網絡層為例，無線通信技術進步的同時，帶來了一定的浪費和污染，通過綠色無線通信技術中的協作傳輸功能，信息能夠實現多徑傳播，提高系統容量。另外，將綠色無線通信系統與分布式天線技術相結合，通過分布式天線收發機和集中的基站處理器，技術人員能夠有效提高頻譜使用率，降低發射功率，進而提高無線通信系統的整體使用效率，實現多用戶應用。

4.4 MIMO技術

多進多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術能夠提升通信系統的頻率，實現多天線通道的建立，提升無線通信技術的應用效果[10]。MIMO技術屬于多天線技術利用空間分級復用來提高吞吐量，實現多個獨立的數據流同時傳輸。在5G無線通信網絡中，MIMO技術是大規模的MIMO信息技術，它能夠提高信號傳輸容量，提高系統的覆蓋率，但在實際的應用過程中，技術人員發現MIMO技術會受到多種因素的干擾，其對基站信道狀態的要求較高。現階段，在線通信網絡中，MIMO技術的應用分為2類。一類是天線陣列集中式MIMO技術，該技術在進行基站天線放置時需要呈現集中排列的形式，覆蓋整個小區；另一類是分布式MIMO技術，該技術在進行基站天線放置時需要將天線分布在小區中。它能夠與傳統的分布式天線系統相結合，利用多天線的移動臺和分散在附近的基站天線進行通信，建立MIMO通信鏈路，能夠有效減少路徑損耗，提高信道容量，實現降低系統功耗、提高系統覆蓋率的目的。

4.5 毫米波通信技術

毫米波通信技術是一種典型的傳輸方式，其利用毫米波進行通信，具有較強的穿透力和較高的信號傳輸保密性[11]。在實際的運用過程中，毫米波通信技術具有以下的傳播特性：其是一種典型的視距傳輸方式，具有“大氣窗口”和“衰減峰”，在降雨時衰減較為嚴重，但對沙塵和煙霧具有很強的穿透能力。當前的毫米波通信系統主要包括毫米波地面通信和毫米波衛星通信2種。以毫米波衛星通信為例，其具有通信距離遠、以廣播方式進行工作、通信容量大、可以自發自收等優點。技術人員進行毫米波通信技術的研究能夠為拓寬毫米波通信技術的市場做出巨大貢獻，同時毫米波通信系統也具有較大的發展前景，值得技術人員進行深入研究。

5 結 論

隨著科技的進步以及人們對無線通信技術要求的提高，在5G背景下進行無線通信網絡物理層關鍵技術探究是技術人員現階段關注的重點問題之一。在進行關鍵技術探究時，技術人員要結合現階段5G無線通信網絡現狀，明確5G無線通信系統構建的重要性以及構建要點，深入研究無線通信網絡物理層的關鍵技術，如蜂窩網通信技術、雙公開技術等，推動無線通信技術的發展，進而促進5G無線通信系統的建立，提高無線通信系統的服務質量。