基于5G通信技術的無線網絡安全通信

摘要：為了更好地滿足5G時代對網絡安全通信的更高標準，本文首先概述了5G無線通信系統；其次，闡述了無線網絡安全通信在帶寬擴展與組網靈活性方面的承載需求；接著，深入探討了毫米波高頻段通信、大規模MIMO、超密集異構網絡、全雙工以及D2D通信等關鍵技術?；诖?，本文提出了一種創新的無線網絡安全通信建設方案，主要涵蓋網絡建設、技術更新及安全建設等多個方面，以期為5G時代的網絡安全通信提供堅實的技術支撐。

關鍵詞：5G；通信技術；無線網絡；安全通信

一、引言

5G通信技術以高速率、低時延、大連接等顯著特征，為各行業帶來了深刻的變革與機遇。然而，該技術的廣泛應用對無線網絡安全通信提出了更高的要求與新的挑戰。隨著用戶數據需求的不斷增長，如何確保網絡通信的安全性與穩定性已成為當下亟待解決的問題。在此背景下，積極研究與探討無線網絡安全通信的關鍵技術與建設方案具有重要現實意義，不僅有助于大幅提升網絡通信的安全性與穩定性，以更好地應對日益增長的數據需求，還能夠為5G技術的持續發展與更廣泛地應用奠定基礎。

二、5G無線通信系統概述

相較于4G技術，5G技術的性能有著顯著提升。在延遲方面，4G時代的10ms已被5G的毫秒級延遲所取代，實現了小于1ms的極速響應，顯著提升了實時通信的效率與用戶體驗。在數據流量方面，5G技術展現了強大的傳輸能力，從4G的每月7.2EB躍升至每月50EB，滿足了日益增長的數據需求。在連接密度方面，5G實現了質的飛躍，從4G時代每平方千米小于100萬的連接數提升至每平方千米可支持高達100萬的連接數，為物聯網的大規模部署提供了技術支撐。

在頻譜資源方面，5G技術取得了顯著突破，從4G的3GHZ擴展到30GHZ的可用頻道，進一步提升了網絡容量與傳輸速度。在峰值數據速率方面，5G更是達到了20GB/S的驚人速度，遠超4G的1GB/S。

綜上所述，基于5G技術的無線通信系統以其低延遲、高速率及大連接等特點，為現代網絡通信帶來了全新的通信體驗。5G無線通信系統關鍵性能指標詳見表1。

三、無線網絡安全通信承載需求

（一）帶寬方面

5G網絡的實現依賴于高頻段、寬頻譜的新空口技術，這使得5G基站對帶寬的需求遠超LTE時代。具體來說，5G基站的計算數量已超12000個，帶寬收斂比推薦為6：1。在5G網絡的核心區域，初期帶寬需求就高達6T，成熟期更將飆升至17T以上。顯然，為了確保5G的流暢運行，承載網絡必須具備高標準的帶寬能力。針對這一挑戰，對帶寬的精細規劃與管理變得至關重要。因此，在深入研究5G技術需求的同時，研究人員也需要重視實際建設進展，以便更好地優化管理線路與建設內容。

本研究將集中探討5G技術的需求與網絡安全管理，力求通過綜合運用多種先進技術來強化網絡的安全性能。為了滿足核心區域的高帶寬需求，并保障網絡安全，研究人員需要精心設計承載網絡，主要包括合理的帶寬分配、高效的利用策略以及強大的擴展能力。

（二）組網方面

組網靈活性在5G網絡安全通信中顯得尤為重要。就回傳網絡而言，5G的CU（集中單元）需要與核心網絡及其鄰近CU保持連接。而傳統的靜態連接方式因工作量大、效率低，已無法滿足現代靈活性需求。因此，為了有效提升組網的靈活性。尋求新型連接方式至關重要。

對于中傳網絡而言，在5G網絡的初始部署階段，DU（分布單元）與CU之間維持著穩定的1對1關系。但是，隨著CU的云化發展，網絡對動態擴容、冗余保護及負載分擔等功能的需求日益凸顯，使得DU與CU的關系逐漸從1對1轉變為1對多，因此對網絡管理平臺的配置與調度提出了更高的要求。為了滿足5G網絡的安全通信承載需求，研究人員需要充分考慮組網方面的可擴展性、高效性和靈活性，通過優化與改進回傳與中傳網絡的設計，以保障網絡在快速響應服務需求，并始終維持高度的安全性與穩定性[1]。

四、無線網絡安全通信關鍵技術

（一）毫米波高頻段通信技術

毫米波高頻段通信技術利用高頻毫米波進行數據傳輸，顯著提升了5G網絡的速度與容量，為無線通信領域帶來了新的突破。毫米波通信的核心優勢在于其高頻特性，通過充分利用高頻段，大幅提升數據傳輸速率，同時有效降低信號間的干擾，以此提高通信的可靠性。然而，高頻信號也面臨著諸多挑戰，如穿透能力較弱、傳播距離受限等。為了有效克服這些難題，相關研究人員需要積極探索，并引入波束成形等先進技術，以保證信號傳輸的穩定性與安全性，為毫米波通信的廣泛應用奠定基礎。

在算法方面，研究人員需要有效整合毫米波高頻段通信技術與機器學習技術，經過數據預處理、聚類分解、系數調整、估計與重建、后處理與轉換等一系列流程，完成對無線網絡安全通信的優化[2]，以此提升了數據傳輸的效率，并確保通信過程的安全性，為用戶提供了更加高效、可靠的通信體驗。

（二）大規模MIMO技術

MIMO即多端口輸入輸出技術，該網絡的核心在于發射端與接收端的配置。在發射端，配置有多根發射天線，用于同時發送多路信號，以實現空間多路復用；而在接收端，同樣配置有多根接收天線，用于接收并分離多路信號，以確保通信的高效與穩定。大規模MIMO技術通信網絡構建示意圖如圖1所示。

在實際應用中，如何確保每根天線發射與接收信號的一致性與準確性，是構建大規模MIMO技術通信網絡所面臨的挑戰。為了有效解決這一問題，許多專家與學者研究與探索新型的天線排布方式，并積極嘗試改良天線尺寸與優化信號處理算法，以期在提升系統性能的同時，保障通信的可靠性與安全性。

值得一提的是，將大規模MIMO技術與云無線接入網技術相結合為無線網絡安全通信提供了一種全新的解決方案[3]。一方面，該方法可以充分發揮兩種技術的優勢；另一方面，該方法有望實現系統性能的跨越式提升，從而推動5G無線通信系統的進一步發展與創新。此外，3GPP還對5G技術應用頻段作出了明確規定，這為大規模MIMO技術的實際應用提供了重要參考與有益指導。3GPP規定的5G技術應用頻段如表2所示。

（三）超密集異構網絡技術

超密集異構網絡技術融合了多種無線接入技術，如LTE、4G、UMTS等，構建了一個由小站與宏站組成的錯綜復雜的網絡架構。在此類異構網絡中，基站的部署涉及運營商與用戶，特別是低功率小站的設置。盡管節點類型的多樣性與高密集性使得網絡拓撲變得極為復雜，但是也帶來了諸多優勢，提高了網絡系統容量。然而，該技術也面臨著一些挑戰，特別是節點間的同頻干擾問題以及在共享頻譜時產生的分層干擾。此外，由于用戶部署了大量的節點，干擾圖樣與網絡拓撲結構呈現出動態變化的特征，增加了該技術的實際應用難度。因此，為了充分挖掘超密集異構網絡技術的潛力，研究人員需要持續深入探究這些動態變化，以進一步優化5G無線網絡系統的性能。

（四）全雙工技術

全雙工技術術能顯著提升無線資源的使用效率。但這項技術目前仍存在不少實施上的難題，其中最需要解決的就是自干擾抑制問題。如何優化全雙工技術使用大量天線且占用空間大的現狀，成為研究人員亟待研究的問題。

為了有效應對自干擾，研究人員可以采用空域、數字域及射頻域等抑制技術。其中，空域抑制是通過調整天線位置來保持發射與接收天線之間的合理隔離與距離，但其效果有限；數字域抑制可消除殘余的少量自干擾；射頻域抑制，理論上可以實現信號和干擾兩種信號的相互抵消，以此達到抑制干擾的效果[4]。盡管該技術的應用面臨諸多挑戰，但其在提升無線資源效率方面具有巨大潛力，有望為5G網絡安全通信帶來新的突破。

（五）D2D通信技術

D2D通信技術是指設備間直接通信，允許對等用戶節點在無需基站中轉的情況下直接交換信息。首先，相較于藍牙等現有技術，D2D不僅省去了繁瑣的設置步驟，還在通信距離與穩定性上展現出了顯著優勢，并且克服了藍牙頻帶安全性不足的缺陷。該技術的推廣不僅有助于促進網絡技術的整體進步，還有助于促使網絡信息的發展與社會建設的緊密結合，進而增強5G技術的穩定性。

五、網絡安全通信建設方案

（一）網絡建設

本文特別關注前傳網絡的構建方式，主要探討有源WDM與無源WDM兩種主流技術。經過分析，本文認為無源WDM技術憑借其高效且低成本的傳輸優勢，更適用于5G網絡的建設。通過應用此技術，運營商可以大幅降低運營成本，通過在接入側提供優質的傳輸服務，快速部署分鐘級業務。

（二）更新技術

面對各類技術平臺的涌現，研究人員需要結合5G的技術需求完成相應的管理調整，包括IP傳輸、信號技術強化等多個方面。同時，相關企業也應當重視人才培養與引進、設備設施的及時更新，進而為技術發展提供一定的理論與實踐支持。

（三）安全建設

傳輸網絡設計時必須將安全性作為核心考慮要素，以此保障5G通信網絡環境的安全性與舒適性。

首先，為了達到這一目標，研究人員需要搭建完善的數據資源支撐體系，為集約統籌式通信傳輸網絡提供必要基礎。

其次，由于5G用戶數量受到城市人口數量的影響，并且用戶數量的動態變化對網絡建設具有深遠影響，因此，在實際規劃時，科學地預估用戶數量與合理設計建設方案非常重要。

最后，在全面建設5G通信傳輸網絡時，研究人員可以采取試點建設的策略，以中心城市為起點，逐步帶動周邊城市與鄉村地區，進而實現網絡服務的全面覆蓋。這種層層遞進的方式不僅有助于確保網絡建設的穩步推進，還能夠讓更多人享受到5G網絡帶來的便捷服務。

六、結束語

綜上所述，盡管5G技術帶來了前所未有的高速率、低時延與大連接，但是安全通信問題亦隨之凸顯。本研究雖取得初步成果，但在應對復雜網絡安全威脅時仍顯不足隨著5G技術的持續演進與應用場景的不斷拓展，該領域將面臨更多的挑戰與機遇。在未來，筆者將持續關注最新進展，積極研究與探索更多新技術與創新方案，以進一步提升網絡安全防護水平，促進5G技術在更多行業領域的安全應用，為構建更穩固、安全的網絡環境貢獻力量。

作者單位：何旭霞 中國電信股份有限公司安慶分公司

參考文獻

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[2]饒文.基于5G無線通信系統的關鍵技術分析[J].科技與創新，2024（3）：162-164.

[3]黑昱冬.5G無線通信技術網絡安全研究[J].通訊世界，2023，30（8）：67-69.

[4]劉闖.5G無線通信技術與網絡安全探析[J].中國設備工程，2023（23）：217-219.

[5]朱楠，彭嘉陵.5G無線通信技術與網絡安全探討[J].通信電源技術，2023，40（7）：200-202.