5G關鍵技術探究

孫 盈

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

互聯網時代的飛速發展為無線通信系統的發展帶來了諸多機遇，其中，5G技術作為以4G技術為基礎衍生而來的新型無線通信網絡技術，打破了傳統宏基站模式，進一步提高了數據的傳輸效率，同時傳輸能耗也得到了有效降低。因此，為了能進一步推廣并優化5G無線通信系統，則需加強對關鍵技術的研究。

1 5G概述

1.1 5G技術

5G技術指的是第五代移動通信技術，是在4G技術的基礎上發展起來的一種更先進、更高效的通信技術。相比于前幾代無線通信系統，5G系統具有更高的傳輸速率、更低的延遲、更大的網絡容量和更高的可靠性，為人們提供了更廣闊的通信應用場景和更優質的通信體驗。在實際應用的過程中，5G系統采用更高頻段的頻譜資源，比如，毫米波頻段能夠支持更大的帶寬，從而實現更高的數據傳輸速率，用戶的體驗感也有大幅提升。而且，整個5G系統采用更加高級的加密技術來保護用戶的通信安全，虛擬專用網絡技術可為用戶帶來更加安全的網絡環境[1]。

1.2 5G網絡的發展現狀

目前，5G的發展正處于快速推進與逐漸普及階段，我國基本完成了5G基礎設施的部署，而且運營商也已經提供5G網絡服務，以確保能夠為用戶提供更快速、更穩定的移動通信服務。隨著網絡的擴大覆蓋，越來越多的手機制造商推出了支持5G技術的手機產品，新興手機產品具有更強大的處理能力和更高的傳輸速率，確保用戶能夠享受到更快速、更豐富的移動信息服務。不過目前5G網絡發展依然面臨著諸多挑戰，例如，頻譜資源的分配與管理、基礎設施建設的投資、網絡安全、商業模式和盈利模式等方面依然需要得到進一步完善。

1.3 5G網絡的結構

5G網絡包括核心網和無線接入網兩個主要部分。核心網是5G網絡的基礎架構之一，主要采用分布式架構，并引入云計算和網絡函數虛擬化等技術，負責管理和控制整個5G網絡的運營，由用戶面和控制面等多個功能區域組成；無線接入網是5G網絡中連接用戶設備和核心網的關鍵，主要包括基站和前端設備，負責無線信號的傳輸和接收，無線接入網絡采用了更先進的波束賦形、大規模多輸入多輸出等無線技術和架構。

2 5G關鍵技術

2.1 大規模MIMO技術

大規模MIMO技術作為5G網絡中非常重要的組成部分，能夠有效提高系統容量、增強信號覆蓋和提升用戶體驗。在實際應用當中，該技術利用大量的天線陣列，保障基站可以同時與多個用戶進行通信。相比于傳統的MIMO系統，大規模MIMO可以支持更多的并行數據流，讓5G網絡的容量得到進一步提升，而且可以通過擴展基站天線提高頻譜利用率，以便為更多用戶提供高質量通信信號。該技術還可以顯著改善信號覆蓋，由于天線數量的增加，能夠提供更強的信號強度和更好的抗干擾性，以確保可以解決城市和室內環境中的信號衰減和多徑效應問題，而且還能通過波束賦形技術將信號聚焦在用戶位置，從而進一步提升覆蓋范圍和信號質量。除此之外，該技術在提高用戶體驗方面也有著重要的作用，其能夠通過使用多個天線接收用戶設備的信號實現更可靠穩定的通信連接，用戶可以在高速移動或密集用戶區域保持較快的數據傳輸速率和更低的延遲，而且空間復用技術也能為每個用戶提供更大的帶寬，以確保用戶即便是在網絡擁塞的情況下也不會影響到用戶的通信質量[2]。

2.2 雙公開技術

雙公開技術在提高5G用戶的體驗和網絡性能方面也有著非常重要的作用。該技術能夠通過基站之間的協同工作，將用戶設備同時連接到兩個不同的基站或者頻段。兩個基站分別為主基站和輔助基站，其中主基站主要負責控制信令的傳輸，而輔助基站則提供額外的容量和覆蓋范圍。

在雙公開技術的幫助下，用戶設備可以通過主基站與核心網絡建立穩定的連接，同時通過輔助基站獲取額外資源，以確保用戶的下載和上傳速率的提升。而且該技術還可以提高網絡容量和覆蓋范圍，用戶設備能夠通過與輔助基站連接獲得頻譜和天線資源，使其可用帶寬和信號強度也能夠得到顯著提升，以獲得更加穩定和高質量的通信服務。同時該技術還帶來了更好的移動性管理和切換性能，主基站和輔助基站的切換能夠保障用戶設備連接5G網絡的穩定性，避免用戶在移動中發生通話中斷或數據丟失等情況。

2.3 綠色通信技術

綠色通信技術在5G網絡中能夠起到減少能源消耗和碳排放的作用，該技術可以通過優化網絡設備和基礎設施的能源利用效率來實現能源節約。在5G網絡中應用綠色通信技術，可以通過智能功率管理、動態睡眠和喚醒機制等方法，確保基站和終端設備在低負荷和空閑時自動降低功率消耗以減少資源浪費。該技術能夠通過優化傳輸協議、數據壓縮和智能路由等措施提高數據傳輸效率，從而減少傳輸過程中的能源消耗和碳排放，而且還能利用低功耗、高效能的設備和組件降低5G網絡對能耗的需求。另外，該技術能夠有效滿足云網絡資源的靈活配置和共享需求，進而提升網絡的可持續性和資源利用率。

2.4 云計算技術

云計算技術目前在5G網絡中已經得到了廣泛的應用，其提供更強大、靈活和高效的計算和存儲資源，以便于擴展5G網絡的應用場景。在實際應用的過程中，通過云計算平臺的幫助，5G網絡可以根據需求動態分配計算資源以提高數據處理的整體性能，進而滿足虛擬現實、人工智能等先進技術的應用。同時，還能通過海量云存儲、大規模數據與備份，來滿足海量數據傳輸和存儲需求。該技術還可以實現網絡功能的虛擬化和軟件定義，并且提供靈活的網絡服務，5G網絡可以通過軟件定義網絡和網絡功能虛擬化等技術，將傳統的硬件設備轉化為虛擬的軟件實體，以便于實現網絡功能的按需部署、靈活配置和遠程管理，這對于提高網絡的靈活性和可定制性有非常重要的幫助。

2.5 異構無線通信技術

異構無線通信技術在5G網絡中的應用同樣非常重要，該技術能夠將LTE、Wi-Fi、藍牙等不同類型和不同頻譜的無線技術結合起來，以實現更高的容量、更廣的覆蓋范圍和更好的信號傳輸性能。5G網絡可以通過異構無線通信技術為用戶提供更快速、更可靠和更穩定的無線連接，滿足不同用戶和應用場景的需求。

2.6 毫米波高頻段通信技術

毫米波主要是指頻率為30～300 GHz的電磁波，相比傳統的低頻段，毫米波具有更大的帶寬和更高的傳輸速率。在5G網絡中，由于毫米波頻段擁有更大的帶寬資源，因此其可以支持的傳輸速率也相對更高，能為用戶提供更大的信息傳輸帶寬和更低的延遲，這也是5G網絡傳輸速率快且損失小的重要原因[3]。

2.7 新多址技術

新多址技術主要是指通過在同一頻率資源上同時傳輸多個用戶的數據來提高網絡的容量和效率。在實際應用中，新多址技術除了能夠提高5G網絡的容量和傳輸效率外，還能夠支持更多種類的連接，如物聯網、H2M、M2M等，以滿足各類網絡連接對延遲和連接規模需求較高的特點。

3 結束語

總的來說，在關鍵技術的加持下，5G網絡的傳輸速率和通信覆蓋范圍以及抗干擾能力都有著顯著的提升。而想要進一步加強對5G網絡的優化，在技術研究的過程中一定要進一步發揮關鍵技術的優勢，為5G的穩定長效發展打好堅實的技術基礎。